星载GaN微波固态功率放大器的研究

发布时间：2017-10-03 20:17

  本文关键词：星载GaN微波固态功率放大器的研究

  更多相关文章： 星载数传通信系统 S波段 固态功率放大器 GaN ADS

【摘要】：星载功率放大器是卫星通信系统中的一个关键组件,星载功率放大器在功耗、线性度、体积、重量、抗辐照等性能指标均有严格的的要求。与传统星载电真空行波管放大器相比,固态功率放大器具有体积小、动态范围大、功耗低、寿命长等一系列优点。目前,基于砷化镓(Gallium Arsenide)材料的固态功率放大管在航天器的通信系统中广泛使用。基于第三代半导体材料发展的氮化镓(Gallium Nitride)器件相对于Ga As器件,具有更大功率密度、高击穿电压、高电子饱和漂移速度等特点。Ga N器件已开始应用在高效率电子系统中。有应用报道结果表明,基于Ga N器件的星载X波段放大器的效率可达到45%,接近行波管放大器的效率。近几年,一定功率量级的Ga N放大器开始应用在航天器上,部分频段的放大器甚至已经具备替代行波管放大器的可能。针对星载测控数传系统的应用需求,论文开展了S波段Ga N固态功率放大器的研究工作。论文的目的是研发出一个S波段、带宽20MHz、输出功率10W、效率48%的Ga N固态功率放大器。论文共包括五章内容。第一章概括了Ga N放大器器件的特性及相关半导体材料的特性;概述了国、内外有关基于Ga N材料微波器件及固态功率放大器应用的发展现状。第二章阐述了微波固态功率放大器的设计基础,包括微波固态功率放大器的主要性能指标,工作状态的分类,及常用设计方法等。第三章详细叙述了S波段Ga N固态功率放大器的设计过程。功率放大器采用两级放大电路来实现:第一级放大器、第二级放大器。对单管功率放大器的匹配电路、偏置电路和带有温度补偿功能时序加电控制电路进行设计,制作放大器实物。也仿真并制作测试了一种小型化的宽带微带带通滤波器。第四章叙述了星载S波段Ga N微波固态功率放大器的测试结果,并进行了分析和讨论。第五章总结了论文主要工作,概述了后续进一步的研究工作内容。
【关键词】：星载数传通信系统 S波段 固态功率放大器 GaN ADS
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN722.75;TN927.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景13-15
• 1.1.1 氮化镓场效应管技术13-14
• 1.1.2 氮化镓与其他半导体材料性能对比14-15
• 1.2 课题研究现状15-17
• 1.3 研究目的和意义17-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 2 微波固态功率放大器设计基础19-31
• 2.1 功率放大器主要性能指标19-24
• 2.1.1 增益19
• 2.1.2 增益平坦度19
• 2.1.3 输出功率19-21
• 2.1.4 漏极效率和功率附加效率21
• 2.1.5 谐波失真21
• 2.1.6 三阶截断点21-23
• 2.1.7 输入输出驻波比23-24
• 2.1.8 邻近信道功率比24
• 2.2 功率放大器工作状态分类24-28
• 2.2.1 A类功率放大器25
• 2.2.2 B类和AB类功率放大器25-26
• 2.2.3 C类功率放大器26-27
• 2.2.4 开关类型的功率放大器27-28
• 2.3 放大器稳定性28-29
• 2.4 微波功率放大器设计方法29-31
• 2.4.1 大信号模型29-30
• 2.4.2 负载牵引技术30
• 2.4.3 小信号S参数法30-31
• 3 S波段GaN微波固态功率放大器的设计31-61
• 3.1 功率放大器的技术指标要求31
• 3.2 功率放大器设计方案31-32
• 3.3 功率放大器电路设计32-61
• 3.3.1 第一级放大器的设计32-33
• 3.3.2 第二级放大器设计33-42
• 3.3.3 时序加电控制电路42-46
• 3.3.4 电路板和屏蔽盒结构46-50
• 3.3.5 宽带微带带通滤波器的设计50-61
• 4 S波段GaN固态功率放大器的测试61-67
• 4.1 栅极偏置电压61-62
• 4.2 功放输入输出特性62-64
• 4.3 功率放大器频带内特性64-65
• 4.4 谐波特性65
• 4.5 功耗和效率特性65-67
• 5 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的学位论文75

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张利飞;微波固态功率放大器的研制[D];杭州电子科技大学;2010年

，

本文编号：966479