一种塔台用高压宽脉冲gan功放设计与实现

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。一种塔台用高压宽脉冲GaN功放设计与实现　　摘要：本文根据塔台用高压宽脉冲功放工作的特点，提出了一种高压宽脉冲功放的设计方法并设计了一款L波段高压宽脉冲GaN功率放大器。采用金属陶瓷管壳和PCB匹配电路相结合的方式，相较于传统的陶瓷匹配电路，有效的减少了趋附效应的影响。放大器在脉宽为10ms、占空比为30%脉冲调制信号输入，Vds=48V时，峰值输出功率>200W，功率增益为15dB，功率附加效率可达67%。　　

2、关键词：GaN功放；高压宽脉冲；预匹配　　中图分类号：文献标识码：A文章编号：1007--0183-02　　近年来我国民航业发展速度十分迅猛，国际民航组织关于新航行系统的实施以及空管现代化进程的加快，对空管设备的要求越来越高。作为制造下一代微波功率器件的材料，GaN材料具有先天的优势，可以很好地满足高温、高频以及大功率器件的性能要求，在新一代塔台管制设备中有着广泛的应用前景，是当前半导体技术最重要的发展前沿之一。随着技术的进步，GaN功率管正向48V甚至更高工作电压更高输出功率的方向发展。对宽脉冲甚至连续波的功放研制提出了更高的要求，宽脉冲功放相较于其它功放有以下特点：为了充分发挥“教学

3、点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　GaN器件在高压工作下输出功率密度高，由于脉冲宽度，占空比的不一样，同样会引起GaN管芯功率电特性的差异，这是因为不同脉冲宽度和占空比下器件自热效应导致的瞬态温升即瞬态热阻也将发生变化。脉宽越宽占空比越大，热阻越大，器件的结温也就越高[1]。为

4、了保证功率管的正常工作，对管芯的散热提出了更高的要求。　　GaN功率管在高压宽脉冲条件下工作，对偏置电路上的储能电容提出了更高的要求，储能电容过大会增加器件成本和电路的体积，电容过小会使电源瞬时驱动能力不足，造成脉内功率顶降过大，甚至不能工作。　　GaN功率管在高压宽脉冲条件下工作，输出功率较高，在低频段工作时，导体损耗的影响较大，为了减少电路的损耗，必须合理选择匹配电路的形式。　　为了解决以上问题，本文提出了一种大功率宽脉冲功放的设计方法，并利用该方法研制了一款L波段200W高压宽脉冲功放，验证了设计方法的正确性。　　1宽脉冲GaN功率管电路的设计与实现　　GaN管芯装配与散热设计为了

5、充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　GaN器件在高压工作下输出功率密度可达6-8W/mm，实际工作中脉宽越宽占空比越大，热阻越大，器件的结温也就越高，为了保证功率管的正常工作，必须考虑管芯的散热问题，GaN功率管芯采用烧结工艺装配在管壳里，有效减少管芯到管壳的热阻，

6、管壳材料要具有很高的热导率，这样有利于管芯产生热量的迅速扩散，防止管芯因为工作结温过高而烧毁。现在国际流行的材料是Cu-Mo-Cu实现的多层金属材料，该材料可以同时满足热膨胀和高导热率的要求，是GaN功率管芯的管壳材料最佳选择。管壳装配在载体上时在底部涂导热脂来提高整个管壳的散热效率。　　储能电容的计算　　储能电容的大小不仅与脉内电流大小有关，还与脉冲宽度和工作电压及脉内顶降有关。假设电路输入的功率为P，储能电容为C，其两端电压为U，则电容存储的能量为W=*C*U2，电路脉冲宽度为τ，脉内上升和下降沿对应电压分别为U1和U2，则有：P*τ=W1-W2=*C*。　　储能电容C=2×P×τ/

7、，脉冲宽带为10ms，脉内顶降时对应电压为45V左右，电路效率按照60%计算，输出功率为200W时，所需储能电容为：C=4700uF。　　GaN匹配电路的设计与实现为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。