Ku波段800 W氮化镓高线性固态功放研制
电子技术应用
胡顺勇，李凯，张能波，党章
中国电子科技集团公司第十研究所
摘要： 介绍了一种Ku波段800 W氮化镓（GaN）高线性度固态功放的工程实现。使用32片GaN功率芯片，采用微带Gysel功分器与波导功分/合成网络相结合的方式进行功率合成，功放在750 MHz的工作频带内连续波饱和输出功率大于850 W。采用射频预失真线性化技术优化氮化镓功放线性度，功放三阶互调指标改善幅度大于5 dB，优于-32 dBc。功放选择带热管的翅片散热器的强制风冷方案，提高了散热器的换热效率，散热性能良好。通过实时监测功放芯片管壳温度，自动配置散热风扇转速，实现了功放的自适应热管理，在降低功放功耗的同时，减小了产品噪声。功放配置了完善的控保功能，技术状态稳定。由两台功放组成了1备1组件系统，可靠性及实用性满足工程使用要求，适用于测控、通信、广电等领域的微波发射系统。
中图分类号：TN73 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.244825
中文引用格式： 胡顺勇，李凯，张能波，等. Ku波段800 W氮化镓高线性固态功放研制[J]. 电子技术应用，2024，50(6)：71-76.
英文引用格式： Hu Shunyong，Li Kai，Zhang Nengbo，et al. Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(6)：71-76.
中文引用格式： 胡顺勇，李凯，张能波，等. Ku波段800 W氮化镓高线性固态功放研制[J]. 电子技术应用，2024，50(6)：71-76.
英文引用格式： Hu Shunyong，Li Kai，Zhang Nengbo，et al. Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(6)：71-76.
Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier
Hu Shunyong，Li Kai，Zhang Nengbo，Dang Zhang
The 10th Research Institute of CETC
Abstract： This paper introduces an engineering realization of a Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier. A continuous wave output power of 850 W in 750 MHz operation band is realized by the Gysel power divdider and waveguide based power dividing/combining network with 32 GaN MMIC chips. The RF predistortion linearization technology is used to optimize the linearity of the GaN power amplifier, and the third-order intermodulation of the power amplifier is improved by more than 5 dB, which is better than -32 dBc. The power amplifier adopts a forced air cooling scheme with a heat pipe fin radiator, which improves the heat transfer efficiency of the radiator and has good heat dissipation performance. By monitoring the temperature of the power amplifier chip and automatically configuring the speed of the cooling fan, adaptive thermal management of the power amplifier is achieved, which reduces power consumption while reducing product noise. The power amplifier is equipped with comprehensive control and protection functions and has stable technical status. Two power amplifiers form a 1:1 system, which meets the reliability and practicality requirements for engineering use and is suitable for microwave transmission systems in the fields of measurement and control, communication, broadcasting, and television.
Key words : Ku-band；GaN power amplifier；radio frequency predistortion
引言
功率放大器是微波毫米波发射系统中的关键部件。在航天测控、卫星通信、广播电视等领域，对具有高线性度的大功率固态功放的需求越来越迫切。随着第三代半导体氮化镓技术的迅猛发展，与传统基于砷化镓材料的第二代半导体器件相比，氮化镓功率器件以其输出功率大、效率高、频带宽等特点，得到了越来越多的应用，表现出了巨大的优势，将是下一代微波毫米波固态功放技术发展方向[1]。由于单个放大器芯片的输出功率有限，难以满足大功率系统的使用需求，为获得更高的输出功率，需要采用功率合成技术对多个放大器的输出信号进行合成，得到更大的输出功率[2-3]。
本文介绍了一种Ku波段高功率线性固态功放设计方法，采用微带Gysel功分器与波导结构构成的混合功分/合成网络[4]将32个GaN功率芯片加以合成，并采用双散热器高热流密度强制风冷散热结构，实现高效散热，在13.75~14.5 GHz工作频段内，固态功放连续输出功率可达850 W。采用射频预失真线性化技术，在传统的二极管非线性电路基础上提出了一种新颖的预失真结构，可根据GaN功率芯片的非线性特性进行匹配，三阶互调可达-32 dBc；由两台功放组成了1备1组件系统，具有完善监控保护功能，可保证发射系统连续不间断工作，工程实用性强。
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作者信息：
胡顺勇，李凯，张能波，党章
（中国电子科技集团公司第十研究所，四川 成都 610036）
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