CN114244294A

CN114244294A - 一种新型fet脉冲功率放大器

Info

Publication number: CN114244294A
Application number: CN202111251563.4A
Authority: CN
Inventors: 杨斐; 雷国忠; 马云柱; 杨景超; 王海涛
Original assignee: Xian Electronic Engineering Research Institute
Current assignee: Xian Electronic Engineering Research Institute
Priority date: 2021-10-24
Filing date: 2021-10-24
Publication date: 2022-03-25

Abstract

本发明涉及一种新型FET脉冲功率放大器，属于微波电路设计技术领域。首先，针对放大器带宽偏窄，将电路中低阻抗的四分之一波长偏置线，改为旁路电容，第一可以有效降低腔体内的微波辐射，减小了信号之间的相互串扰；第二可以有效提高放大器的带宽。其次，针对视频信号泄露对电路的影响，在放大器输入端(隔直流电容之前)、输出端(隔直流电容之后)加入高阻抗四分之一波长的接地线，有效减少视频信号的泄露，提高了放大器和电路的稳定性和可靠性，同时提高输出信号的信噪比。电路形式简单，容易实现。

Description

一种新型FET脉冲功率放大器

技术领域

本发明涉及一种微波电路设计技术领域，具体为一种新型FET脉冲功率放大器，可以应用到相控阵雷达、T/R组件，固态发射机中。

背景技术

FET脉冲功率放大器主要应用在相控阵雷达的T/R组件中，其主要用于对接收信号进行放大。

以往的FET放大器设计形式比较简单，输入输出端加隔直流电容，加馈电网络，偏置匹配是通过低阻抗的四分之一开路线来实现(见图1)。这种设计形式的缺点是放大器的带宽偏窄，有视频信号泄露，影响放大器和电路路的稳定性，降低信号的信噪比。

发明内容

要解决的技术问题

针对以往FET放大器设计中出现的带宽偏窄、视频信号泄露等问题，本发明要解决的技术问题就是提高FET放大器的带宽，减小视频信号的泄露对电路的影响，提高 FET放大器和电路的稳定性和可靠性。其目的是为了优化FET放大器的设计，提高设计和生产的效率，同时保证其在环境试验方法及大批量生产中所要求的稳定性和可靠性。

技术方案

一种FET脉冲功率放大器，包括隔直电容、FET功率管、栅压偏置电路、漏压偏置电路；其特征在于：在输入端隔直流电容之前增加四分之一波长高阻到地偏置线，在输出端隔直流电容之后增加四分之一波长高阻到地偏置线；将栅压偏置电路和漏压偏置电路中低阻抗的四分之一波长偏置线，改为旁路电容。

本发明进一步的技术方案：所述的栅压偏置电路包括C2、C3、C4、R1，其中C2 是旁路电容，一端接地，另一端连接四分之一波长高阻线和电容C3，C3另一端连接电阻R1，R1另一端接地，C4为滤波电容，一端连接栅极电源和C2、C3、四分之一波长高阻线，另一端接地。

本发明进一步的技术方案：所述的漏压偏置电路包括C5、C6、C8、R2，其中C8 是旁路电容，一端接地，另一端连接四分之一波长高阻线和电容C5，C5另一端连接电阻R2，R2另一端接地，C6为滤波电容，一端连接栅极电源和C5、C8、四分之一波长高阻线，另一端接地。

有益效果

本发明提出的一种新型的FET脉冲功率放大器，首先，针对放大器带宽偏窄，将电路中低阻抗的四分之一波长偏置线，改为旁路电容，第一可以有效降低腔体内的微波辐射，减小了信号之间的相互串扰；第二可以有效提高放大器的带宽。其次，针对视频信号泄露对电路的影响，在放大器输入端(隔直流电容之前)、输出端(隔直流电容之后)加入高阻抗四分之一波长的接地线，有效减少视频信号的影响，提到了放大器和电路的稳定性和可靠性，同时提高输出信号的信噪比。电路形式简单、性能稳定、可靠，容易实现，有效提高放大器的性能指标。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1常规放大器匹配原理框图；

图2本发明放大器实现结构图；

图3本发明放大器原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在放大器的输入端(隔直流电容之前)输出端(隔直流电容之后)加一高阻抗的四分之一波长的接地线(对于射频信号时开路状态)，将视频泄露信号直接接地，避免上一级放大器输出端的视频泄露信号直接影响下一级放大器的输入信号，经过隔直流电容，连接栅极电源偏置线，偏置线中四分之一低阻抗开路线改为旁路电容，可有效提高放大器的带宽同时减小电路中的高频辐射影响，最终连接功率管的栅极。功率管的漏级输出端连接漏级电源偏置线，其中的四分之一低阻抗开路线改为旁路电容，可有效提高放大器的带宽同时减小电路中的高频辐射影响，经过隔直流电容输出，输出端(隔直流电容之后)加一高阻抗的四分之一波长的接地线(对于射频信号时开路状态)，将视频泄露信号直接接地，避免视频泄露信号直接影响下一级放大器的输入信号。此方案提高设计和生产的效率，同时保证其在军用设备环境试验方法及大批量生产中所要求的稳定性和可靠性，电路简单，容易实现。

图2是FET放大器设计电路原理框图，由图可知，电路输入接高阻抗四分之一波长线到地，其次连接隔直流电容，经栅级电源偏置电路，到FET功率管的栅极，FET 功率管输出端接漏级电源偏置电路，然后接隔直流电容，最后在输出端接高阻抗四分之一波长线到地。

如图3所示，放大器电路的工作原理如下：电源VGS提供放大器的栅极电压，对于GaAs、GaN类型的FET放大器，要保证放大器的正常工作，在加电顺序上，必须栅极电压优先于漏极电压，所以电源控制上设计保证加电顺序栅极电源优先于漏极电源。射频信号输入后先经过四分之一高阻对地线，对于射频微波信号，高阻线相当于开路，但对于低频视频信号，它相当于短路，此高阻线可以有效滤除低频视频信号，避免了前一级的低频视频信号泄露对本级放大器及整体电路稳定性的影响。然后经过隔直流电容，对于射频微波信号，隔直电容等效于50欧姆***，等效串联阻抗约为零点几到几欧姆，对射频微波信号传输影响较小，但是对于低频视频信号它的等效阻抗比较高，可有效抑制低频视频信号(主要是直流信号的传输)，避免直流信号泄露影响前一级的功放或别的器件。计算公式如下：

电容等效串联电阻计算公式：R_C＝1/(ωc)(假设电容1×10^-9F)

对于射频信号：ω＝2πf＝2×3.14×1×10⁹＝6.28×10⁹

(假设射频频率为1×10⁹Hz)

R_C＝1/(6.28×10⁹×1×10^-9)＝1/(6.28)≈0.159Ω

对于低频视频信号：ω＝2πf＝2×3.14×1×10³＝6.28×10³

(假设射频频率为1×10³Hz)

R_C＝1/(6.28×10³×10^-9)＝1/(6.28×10^-6)≈1.59×10⁵Ω

由以上公式可知，1×10^-9F电容对于频率1×10⁹Hz来说，相当于0阻抗，可轻松通过，但是对于频率为1×10³Hz来说，阻抗非常高，不可通过。

经传输线到栅极馈电电路，馈电电路由1段四分之一高阻线和1段四分之一低阻线组成，和主传输线连接的四分之一高阻抗线和旁路电容连接，旁路电容等效于四分之一波长低阻线，旁路电容的对地接点，对于主输线射频相当于开路，旁路电容和四分之一波长线的接点，对于主输线射频相当于短路，经过四分之一波长线连接主传输线接点，对于主传输线射频相当于开路，保证了射频信号的传输能量不外泄露或者说分散传输，最终和电源VGS连接，完成栅极电源的馈电，输入到FET功率管的栅极，功率管放大后输出，到隔直电容和漏极电源馈电电路，电路组成和功能同栅极电源馈电电路一样，射频最终输出经过四分之一高阻对地线，对于射频微波信号，高阻线相当于开路，但对于低频视频信号，它相当于短路，此高阻线可以有效滤除低频视频信号，避免了本级放大器的低频视频信号泄露对下一级放大器及整体电路稳定性的影响，最终射频输出。

对于FET放大器的设计电路(如图3所示)，电路由C1、C2、C3、C4、C5、C6、 C7、C8、R1、R2、V1和四根四分之一波长高阻线(1/4入g1～1/4入g4)组成，其中C1、C7是隔直流电容，C2、C8是旁路电容，C4、C6是滤波电容，C3、R1和C5、 R2分别是消除阻尼振荡电路，V1是FET功率管，1/4入g1～1/4入g4是四分之一波长高阻线，VGS、VDS是电源输入端。电路中C1、C7的作用主要是防止电路中的直流成分通过输入输出端口直接输出，造成外界与放大器连接的设备的损坏；C2、C8 的作用等效微波低阻抗四分之一波长低阻线，抑制电路中微波射频信号通过馈电偏置电路输出，降低电路传输效率，同时可有效提高放大器的带宽；C4、C6的作用是滤除电源VGS、VDS上的纹波信号，提高电源质量；C3、R1和C5、R2的作用是消除电路中的阻尼振荡，消除电路中的自激现象；V1的作用主要是实现功率的放大；1/4 入g1对于微波信号是高阻抗，对于视频信号是直接的接地线，把泄露的视频信号直接导入大地，消除泄露的视频信号对前一级功放或者其它设备的影响；1/4入g2和1/4 入g3分别与C2、C8、C4、C6、C3、R1和C5、R2组成栅级和漏级馈电网络；1/4入 g4对于微波信号是高阻抗，对于视频信号是直接的接地线，把泄露的视频信号直接导入大地，消除泄露的视频信号对下一级功放或者其它设备的影响。整个电路简单可靠，可有效提高生产效率。

对于此方案的设计的FET放大器，性能稳定、可靠，有效提高放大器的性能指标。此方案同时适用于C、X、Ku及Ka波段的FET放大器设计与生产。

经多次的实验验证，此方案和以往方案相比，首先，FET放大器的信噪比明显改善，带宽明显提高，调试量减少；其次，高低温环境的一致性很好，可靠性提高，适宜于批量生产。

表1常规方案和新型方案设计测试对比表

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种FET脉冲功率放大器，包括隔直电容、FET功率管、栅压偏置电路、漏压偏置电路；其特征在于：在输入端隔直流电容之前增加四分之一波长高阻到地偏置线，在输出端隔直流电容之后增加四分之一波长高阻到地偏置线；将栅压偏置电路和漏压偏置电路中低阻抗的四分之一波长偏置线，改为旁路电容。

2.根据权利要求1所述的一种FET脉冲功率放大器，其特征在于所述的栅压偏置电路包括C2、C3、C4、R1，其中C2是旁路电容，一端接地，另一端连接四分之一波长高阻线和电容C3，C3另一端连接电阻R1，R1另一端接地，C4为滤波电容，一端连接栅极电源和C2、C3、四分之一波长高阻线，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种FET脉冲功率放大器，其特征在于所述的漏压偏置电路包括C5、C6、C8、R2，其中C8是旁路电容，一端接地，另一端连接四分之一波长高阻线和电容C5，C5另一端连接电阻R2，R2另一端接地，C6为滤波电容，一端连接栅极电源和C5、C8、四分之一波长高阻线，另一端接地。