k 波段线性功率合成放大器的设计与研究

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1、K波段线性功率合成放大器的设计与研究钟甦（电子科技大学航空航天学院，四川成都611731）摘要：毫米波放大器的设计已经越来越倾向于以具有体积小、重量轻、直流功耗低等优点的固态器件通过功率合成技术来实现。在成熟的波导T型合成结构基础上加以改进，实现了该放大器的合成效率高、尺寸小、易于散热、易于模块化等优点，再配合新研制出的一种具有幅度/相位特性补偿的预失真结构加以辅助，最终达到了在K波段高线性的功率输出。关键词：功率合成；模拟预失真；毫米波；功率放大器中图分类号：文献标识码：BTheDesignandRese

2、archofaK-BandLinearPowerCombiningAmplifierZHONGSu(SchoolofAeronauticsandAstronautics,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu611731)Abstract：Italreadyhasincreasinglybeeninclinedtothatthedesignofmillimeter-waveamplifierisrealizedthroughthet

3、echnologyofpowersynthesisbyusingthesolid-statedeviceswhichareoftheadvantagesofsmallvolume,lightweight,lowDCpowerconsumption,etc.OnthebasisofimprovingthematurecompositestructureofT-waveguide,theamplifier’smeritsofhighsynthesisefficiency,smalldimension,easyh

4、eatdissipationandeasymodularizationandsoonareachieved.Andbycombiningwithanewdevelopedpre-distortionstructureofpossessingthecharacteristiccompensationofamplitude/phasetocomplementeachother,finally,thehighlinearpoweroutputonK-bandisachieved.Keywords：Powersyn

5、thesis;Analogpre-distortion;Millimeter-wave;Poweramplifier0引言毫米波功率放大器是军用卫星通信系统中最为关键的部件，它决定了整个通信系统的作用距离和通信质量，其输出功率的大小以及线性度则是影响其性能最重要的指标。近年来，放大器的设计越来越倾向于以具有体积小，重量轻、直流功耗低等优点的固态器件通过功率合成技术来实现。然而，随着功率合成方式日趋成熟，单路功率放大器却不得不通过功率回退来保障线性度，这无疑降低了电源的利用率，增加了能耗，同时对器件也是一种浪

6、费，还增加了设计成本。为了保证所设计的功率放大器在通信系统中得到最好的应用，就必须尽可能提高其线性输出。近年来国内外有大量论文提出了对线性化技术的研究，但在毫米波系统中的应用还相对较少。本文将功率合成技术和线性化技术应用于K波段MMIC功率放大器的设计中，采用了高效率的功率合成方式和独特的模拟预失真技术，实现了在频率25.5GHz~26.5GHz中高线性的功率放大。1总体设计方案总体设计方案如图1所示，驱动级采用大增益的单管AMMC-5040，末级则是将四路TGA4505功率放大器进行功率合成；在记录下TG

7、A4505功率放大器饱和功率时的幅度—相位特性以后，研制出了一种具有与之幅度/相位特性相补偿的预失真结构加以辅助，最终达到了改善线性度的目的。6图1功率合成放大器的总体结构2相关单元设计2.1功率合成模块的设计毫米波频段的功率合成方式已经较为成熟，各种合成形式的优缺点也相当鲜明，人们已经将目光转移到了如何选用适当的合成结构并且在加工应用方面加以创新。本文所提出的主要指标是合成效率，故选用最为成熟的波导T型合成结构并加以改进，使其具有了合成效率高，尺寸小，易于散热，易于模块化等优点。腔体如图2所示，该四路功率

8、合成模块经仿真性能优良，在工作频段25.5GHz~26.5GHz实现插入损耗小于0.1dB，输入输出驻波小于1.2。图2合成模块的腔体该合成结构配套的主功率放大器腔体均在同一平面，底部易于安装散热片，同时，其特有的模型结构也使得模块化后在最小尺寸下能轻松实现多级拓展。2.2驱动级及主功率放大器的设计放大器腔体如图3所示，输入输出端口均为波导口。本文采用微带探针技术作为过渡，在波导腔体内电场强度最大的地方通过探针耦