固态微波功率器件
半导体消融微波功率源
消融针同轴损耗 功率源实际输出功率 0.6 45.92145234
针杆耗散功率降低 有效功率比提升 66.47% 117.75%
应用总结：
同等功率下，消融效率提升100% 同等消融时间下，微波功率降低50% 针杆损耗降低66%，杆温大幅度下降 真实连续功率，安全可靠
降低杆温，提高手术质量
功率源输出功率 100
功放测试回波 -6.5
微波线缆损耗 1.5 线缆损耗 1.5
消融针同轴损耗 天线实际辐射功率 0.6 25.35169471
针杆耗散功率功率 有效功率比 13.82010713 针杆耗散功率 4.634226907 25.35% 有效功率比 55.20%
天线目标辐射功率 功放测试回波 25.35 -14
实现全频段负载扫描与实时自适应 I2C/RS-485任意可选 200*70*20 （mm）
Comba 固态源原理框图
微波消融射频传输框图
微波固态源 微波电缆 A PA module 微波消融针（天线）
人体组织
消融区
正向功率传输 反向功率传输
微波电缆损耗 微波电缆损耗
微波消融针电缆损耗 微波消融针电缆损耗
Signal Source &Controller A
Synthesizer VCO
Comba完成了ISM常用频段433/915/2450 MHz 功率 等级50W/250W/500W的功率源系列，可应用于家用 微波加热、工业加热、微波医学等多领域 产品典型指标
产品型号 工作频率 额定功率
反射功率增大，有 效功率降低
提高输出功率
输出负载失配后造 成的恶化循环
近针杆处组 织碳化严重
微波消融针针杆 温度提升
GaAs(InP) HBT的优劣势
GaAs(InP) HBT的优势与劣势2009-10-12 15:02HBT、HEMT是微波毫米波领域中非常重要的高速固态器件，其中HBT由于具有功率密度和增益高、相位噪声低、线性度好、单电源工作、芯片面积小和价格性能比低等特点，已经逐步发展为MMIC 领域中一个非常有竞争力的技术。
目前，HBT已被广泛应用于高速光通信系统，如光调制驱动电路、时钟提取、数据恢复、MUX/DEMUX 和光接收机电路。
HBT与HEMT比较，具有以下几个方面的优势：（1）HBT是一种电流方向垂直于器件表面的双极型器件，器件速度由外延层的厚度和掺杂水平决定。
目前采用先进的外延生长技术（MBE和MOCVD）能够生长单原子层精度的高质量外延层，应用能带工程与杂质工程优化异质结界面处非平衡载流子的输运特性，从而使HBT具有微波毫米波的频率特性。
由于HBT的横向尺寸对速度的影响相对较小，并且可以通过合理的器件结构来优化，所以HBT 对光刻的要求比较低，其特征尺寸通常为1~3um。
HEMT的电流方向平行于器件表面，栅长决定器件的速度，要缩短横向传输时间就必须采用先进的光刻工艺来减小栅长，HEMT要实现与HBT同等的频率，栅长通常为0.1~0.5um，这要求采用电子束光刻技术。
（2）HBT是双极型器件，输出电流与输入电压呈指数关系，并且电流密度较高，导致高跨导Gm(20~100)。
而HEMT与MESFET的输出电流与输入电压呈线性关系，跨导Gm通常只有HBT的十分之一左右。
高的跨导可以在小的输入电压摆幅和低的输出阻抗时，实现对负载电容的快速充电，这对于采用射极跟随器作为缓冲级的驱动电路是非常重要的，它可以提高电路驱动能力。
并且高增益允许在电路中采用负反馈形式，通过牺牲一部分增益来拓展带宽，从而提高电路的高频性能。
（3）HBT的器件匹配性能非常好。
HBT的开启电压Vbe由外延层的禁带宽度决定，与工艺过程无关，其偏差仅为几个毫伏(3mV左右)。
L波段3kW固态功率放大组件
212. 2 模块输出功率计算 四个单元放大器之间
的功率合成是通过功率分配 合成器来实现的电压
矢量合成, 即:
P∑ =
1 4
4
∑ P 1 + i= 2
2
P i co sΗi +
图 3 功分器功率传输特性 F ig. 3 Pow er tran sm ission of divider
4
2
∑ P i sinΗi
关键词: 固态功放; 模块化; 功率增益均衡 中图分类号: TN 95713 文献标识码: A 文章编号: 100023819 (2008) 012081206
3 kW L -band Sol id Sta te Power Am pl if ier M odule
W AN G X in GAO Yu liang
(3 P 1 sin Ηim ax) 2 ] Γ
变差, 造成输出功率合成损失过大。 因此, 为了防止 出现过大的合成损耗和由于负载牵引效应而使放大
=
5P 1 +
3P 1co sΗim ax 2
Γ
(3)
器工作在高失配状态, 功放组件输出端必须接入一 所以, 功率合成损失最大值为,
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850 W 功放是功放组件设计中的关键, 其原理 框图如图 2 所示。模块采取1 推4 合成方式, 为了提 高模块间合成效率, 在每个功放模块前插入移相器 以调整输出信号的相位一致性。
本功放组件的最大优点是使用了同一型号的功
212 850 W 高功率放大模块设计
ganhemt器件建模与高效率功率放大器研究
摘要微波功率放大器是无线通信系统的核心器件，随着通信系统的小型化、可靠性等需求进一步提高，高效率功率放大器成为新一代无线通信系统的瓶颈。
近年来，氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）以高频、高功率、高效率、耐高温等优势，成为国内外固态功率器件研究的热点。
大信号器件模型是电路优化设计的前提，在优化器件结构、提高功率放大器电路性能等方面具有重要意义。
因此，本文从模型出发，针对高效率功率放大器设计理论与方法进行了研究，主要内容包括：（1）Pi型网络E类功率放大器的理论研究。
针对微波晶体管输出寄生电感，导致传统E类功率放大器工作频率、带宽受限等问题，提出了pi型网络E类功率放大器拓扑。
推导出了该拓扑电流电压的解析表达式，给出了在最大负载、最大工作频率、并联谐振、二次谐波并联谐振等特殊情况下的波形，计算出了在宽带范围内的电流电压最大值和输出功率能力，并给出了pi型网络E类功率放大器负载网络的归一化元件值解析公式。
结果表明，pi型网络E类功率放大器相比传统拓扑结构具有设计灵活、输出功率能力高等优势，为提高功率放大器性能提供了参考。
（2）宽带pi型网络E类功率放大器研究。
针对pi型网络E类功率放大器设计理论与方法，研究了晶体管输出寄生串联电感对负载电阻、串联电抗、最大工作频率、负载电流初始相位的影响。
分析结果表明，优化输出串联电感值可以增加负载网络的带宽。
进一步分析了输出串联电感对负载网络的电导、电纳、负载的相位的变化规律，利用自建的微波GaN HEMT大信号等效电路模型，设计制作了S波段 pi型网络E类功率放大器，在2.5~3.5GHz(33.3%相对带宽)下，漏极效率为60%~69%，输出功率大于35.2dBm，拓宽了工作频率，且在高频宽带下，实现了高效率功放。
（3）宽带pi型网络EF3类功率放大器研究。
为进一步提高效率，在pi型网络E类功率放大器具有宽带特性的基础上，基于EF类功率放大器的原理，提出了一种pi型网络EF3类功率放大器。
SSPA 、TWTA与KPA的区别
SSPA 、TWTA与KPA的介绍功率晶体管最早可以追溯到上个世纪六十年代，那时功率晶体管使用工作频段就扩展到微波领域，与此同时，由微波集成的电路也开始到了试用的阶段，这样便产生了微波SSPA固态功率放大器。
但微波固态功率放大器的大放异彩，应该归功于相继出现的砷化镓场效应晶体管（GaAsFET）。
由场效应晶体管组成低噪声放大器不但在低噪声技术中成为遥遥领先的器件，而且由其组成的固态功率放大器（SSPA）工作原理，在微波领域中成为举足轻重的放大器件。
随着时间的推移，场效应晶体管技术日渐完善，频率范围越来越宽，输出功率越来越大，尤其是高功率的内匹配场效应管在3.7~8.5GHz频率范围内，可输出20W功率，在9~15GHz时，有10W输出，在21GHz时也有有1W输出。
若运用微波功率合成等技术，则在Ku波段可获得数十瓦功率。
此外，尚有许多特殊用途的场效应管，如某公司专门生产一种供数字微波接力通信用的场效应管，具有高线性增益和低内调的特性，还有一种用于L S 波段雷达系统的静电感应双极晶体管。
功率加大，品种繁多，是的微波固态功率放大器的用途越来越广泛。
SSPA固态功率放大器的最初的应用阶段，是从卫星通信的需求开始。
卫星通信具有多址联接和很强的分配能力，能客服地理的间隔，获得宽广的覆盖面积，对业务量和网络结构的变化具有灵活性，近几年来已获得很大的发展，在一定程度上，对固态功率放大器除运用于卫星转发器外，还在卫星通信地球站上行线中作前置放大器使用，以推动数百瓦的行波管放大器（TWTA）或1KW和3KW速调管高功率放大器。
近期，随着甚小口径终端（VSAT）卫星系统的飞速发展，对固态功率放大器的需求更为广泛和严格。
为了VSAT系统的需求，固态功率放大器需有10~20W以致更大的输出功率。
值得一提的是，上海墨石代理SSPA固态功率放大器在微波中继通信中的使用，远远超出了其他领域。
微波中继通信是我国一种较早的通信方式，由于具有宽广的频带，单个波道能容纳数千条话路，有很强的抗干扰能力，通信质量较高。
微波高功率固态放大器技术综述
师，２０１６ 年国家杰出青年科学基金获得者，主
要研 究 方 向 为 毫 米 波 集 成 电 路 与 系 统．
ｍａｋａｉｘｕｅ＠ ｕｅｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 新加坡科技与设计大学，新加坡，４８７３７２
２ 电子科技大学 物理电子学院，成都，６１００５４
当前砷化镓工艺包含两大类器件工艺：赝调制掺杂异质结场效
造工艺，而每种工艺对功率放大器有着不同的特点或优势． 对于工作
频率不高于 １００ ＧＨｚ 的芯片而言，砷化镓和氮化镓材料具有功率方面
的优势 ［１⁃２］ ．如果频率作为器件的首要考虑，那么选用磷化铟器件制作
的功率放大器其频率可以高到 ５００ ＧＨｚ 以上 ［３］ ． 当然，对于工业制造
来说，产品的成本也是功率放大器设计以及量产的重要因素，特别是
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Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ，２０１７，９（１） ：８⁃１４
于实验的低噪声放大器可供参考
［１５］
１ ２ 氮化镓
．
氮化镓器件具有高的电子迁移率和高的击穿电
压，是高效率大功率放大器设计的首选，其工作频带
范围可以从直流到接近 １００ ＧＨｚ．在 ０ １ 和 ０ １５ μｍ
特征栅长的器件问世后，多个工作频率超过 ７０ ＧＨｚ
击穿电压低，并且晶体管的电流耐受能力不高，其最
ＴＧＡ４７０６⁃ＦＣ 芯片可在 ７６ ～ ８３ ＧＨｚ 的频率范围提供超过 １５ ｄＢ 的增
Ku波段宽带固态功率放大器
Ku波段宽带固态功率放大器蔡昱;冯鹤;曹海勇【摘要】近年来,随着科学技术的发展,功率合成技术发展迅猛,多种合成方案被提出来,有微带线合成、波导腔合成、辐射线合成等等,但都有各自的优势和不足.文章介绍了一种Ku波段宽带固态功率合成放大器的工程实现.固放采用多芯片多级合成,根据工程应用的实际要求,每级合成采用了不同的合成方式.文章所研究合成功率放大器的基本单元模块由两个功率芯片通过Lange桥合成,在装入壳体合成之前单独调试,确保功率和相位基本一致后再用波导合成器进行功率合成.最后通过8路E面波导功分器将9W模块的功率合成在Ku波段宽带范围内大于60W的功率输出,测试数据和模拟数据基本吻合.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2011(011)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】固态功率放大器;Lange桥;MMIC;波导功分器【作者】蔡昱;冯鹤;曹海勇【作者单位】南京电子器件研究所微波与毫米波专用模块电路研发部,南京,210016;南京电子器件研究所微波与毫米波专用模块电路研发部,南京,210016;南京电子器件研究所微波与毫米波专用模块电路研发部,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TN72在上个世纪40～50年代随着真空电子管技术的巨大进步，可在微波和毫米波频段获得大功率的微波电子管在军事和通信领域获得了广泛的应用。
但是在低噪声接收方面，电子管领域却始终找不到突破口，这主要与热电子流的随机起伏大、难于有效控制有关。
固态微波器件与电真空器件相比具有较小体积和重量、较低的工作电压、较长的使用寿命等特点，而且通常没有真空度和磁场的要求。
随着半导体材料和制造工艺的进步，人们在固态微波功率器件领域取得了突飞猛进的进展，在小功率范围全部取代了电真空器件，但是在大功率领域固态微波器件与电真空器件相比输出功率小3～4 个数量级，这使得固态微波功率器件在大功率领域的使用受到了限制，而固态功率合成技术可以使固态发射机的功率提高2～3 个数量级。
第5章 微波元件
螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元件 , 它 是在波导宽边中央插入可调螺钉作为调配元件, 如图 5 - 7 所示。 螺钉深度的不同等效为不同的电抗元件, 使用时为了避免波导 短路击穿, 螺钉都设计成容性, 即螺钉旋入波导中的深度应小于 3b/4(b为波导窄边尺寸)。 由第1章的支节调配原理可知：多个 相距一定距离的螺钉可构成螺钉阻抗调配器, 不同的是这里支 节用容性螺钉来代替。
波导连接头除了法兰接头之外, 还有各种扭转和弯曲元件 (如图 5 - 4 所示)以满足不同的需要。当需要改变电磁波的极 化方向而不改变其传输方向时，用波导扭转元件; 当需要改变 电磁波的方向时，可用波导弯曲。波导弯曲可分为E面弯曲和 H面弯曲。 为了使反射最小, 扭转长度应为(2n+1)λg/4, E面波 导弯曲的曲率半径应满足R≥1.5b, H面弯曲的曲率半径应满足 R≥1.5a。
(b) 所示 , 它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处 ,
而向波源方向移动λg/2的距离。
第5章 微波元器件
这种结构是由两段不同等效特性阻抗的 λg/4 变换段构成 , 其工作原理可用如图 5 - 1(c)所示的等效电路来表示, 其中cd段
相当于λg/4终端短路的传输线 , bc 段相当于λg/4终端开路的传
第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
5.1 连接匹配元件 5.2 功率分配元器件 5.3 微波谐振器件
5.4 微波铁氧体器件Leabharlann 返回主目录第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
无论在哪个频段工作的电子设备, 都需要各种功能的元器件, 既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等无源 元器件, 以实现信号匹配、 分配、 滤波等; 又有晶体管等有源
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固态微波功率器件
一、介绍
固态微波功率器件是一种用于微波频段的功率放大器和开关的固态器件。
它具有高功率、高效率、小体积、轻重量和高可靠性的特点，被广泛应用于通信、雷达、无线电频谱监测等领域。
二、工作原理
固态微波功率器件主要由半导体材料制成，常见的有GaN、GaAs等。
它利用半导体材料的特性，在微波频段实现功率放大和开关控制。
三、功率放大器
3.1 类别
固态微波功率放大器可以分为线性放大器和非线性放大器两种。
3.2 线性放大器
线性放大器主要用于要求信号放大后保持原始波形的应用，如通信系统。
它通过控制输入信号的幅度和相位，实现对输出信号的放大。
3.3 非线性放大器
非线性放大器主要用于需要对信号进行调制和调制解调的应用，如雷达系统。
它通过控制输入信号的幅度和相位，实现对输出信号的非线性变换。
四、开关
固态微波功率器件还可以用作微波开关，用于控制微波信号的通断。
开关的速度和功耗是开关性能的重要指标。
五、应用
固态微波功率器件在通信、雷达、无线电频谱监测等领域有着广泛的应用。
5.1 通信系统
固态微波功率器件在通信系统中主要用于信号的放大和调制解调。
5.2 雷达系统
固态微波功率器件在雷达系统中主要用于信号的放大和微波开关控制。
5.3 无线电频谱监测
固态微波功率器件在无线电频谱监测中主要用于信号的放大和频谱分析。
六、未来发展趋势
固态微波功率器件在体积、功率和效率方面还有进一步提升的空间。
未来的发展趋势包括更小尺寸、更高功率、更高效率和更低成本。
七、总结
固态微波功率器件是一种用于微波频段的功率放大器和开关的固态器件。
它具有高功率、高效率、小体积、轻重量和高可靠性的特点。
在通信、雷达、无线电频谱监测等领域有着广泛的应用。
未来，固态微波功率器件还有进一步提升的空间，可以期待更小尺寸、更高功率、更高效率和更低成本的发展。