S波段大功率宽带速调管车载发射机的设计

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s波段高功率放大器的仿真设计

• 135•射频功率放大器是微波固态发射机的核心设备。

本文给出了一款S波段大功率发射机的主电路链路方案。

使用NXP公司的MRF8P29300H功率场效应晶体管设计了末级功放单元，采用功率合成技术实现发射机额定功率输出。

使用负载牵引法确定了功放最佳阻抗，并设计了匹配电路。

使用ADS射频仿真软件验证了设计方案，结果表明设计的单路平衡功率放大器可达到300W输出，效率为51%。

0 引言作为通信系统传输单元中的重要组成部分,射频功率放大器是核心的功能单元之一。

设计高效率功率放大器是无线通信大功率发射机研究的热点，晶体管器件构成的固态发射机的应用领域越来越广。

相比真空管发射机，固态发射机具有低峰值高平均功率、高的可靠性和极好的故障弱化功能。

在地面、车载、舰载、机载和星载等雷达领域得到越来越广泛的应用（朱涤非，钟世昌，S波段40W GaN高效率内匹配功率放大器的设计：电子元件与材料，2018；严继进，芮金城，S波段高可靠固态发射机设计：电子科技，2016；彭恩超，张瑞，基于GaN HEMTs的S波段大功率固态功放组件设计：中国电子科学研究院学报，2019）。

本文主要研究S波段大功率脉冲功率放大器单元的设计。

1 主要技术指标工作频率：2700-2900MHz；占空比≤10%；脉冲宽度≤200us；输入功率：10mW；输出功率≥2kW；脉冲最高下降﹤2dB；增益平坦度≤1.5dB；效率≥30%；噪声系数<3dB。

2 方案设计设计的总体方案如图1所示。

发射机需要实现大于2kW的功率输出，从各主流射频器件供应商提供的产品手册查询可知，该频段的射频器能达到的额定功率最大为350W。

由此可知发射机主电路末级至少需要8路300W的功放模块，功率合成达到2kW的额定输出。

目前NXP公司的射频功率晶体管在国内市场占比较高，本设计采用该公司型号为MRF8P29300H的晶体管设计功放电路。

MRF8P29300H功率三极管是专用于2700-2900MHz，脉冲信号工作状态下的LDMOS结构功率晶体管。

一种空管S波段30kW固态发射机的设计

关键词：空管一次雷达；固态发射机；任务可靠性；在线更换；数字化监测
ＤｅｓｉｇｎｏｆＳＢａｎｄ３０ｋＷＳｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｉｎＡＴＣＲａｄａｒ
ｔｕｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＣｐｒｉｍａｒｙｒａｄａｒ；ｓｏｌｉｄ — ｓｔａｔｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ；ＭＴＢＣＦ；ｏｎｌｉｎｅｒｅｐｌａｃｉｎｇ；ｄｉｇｉｔａｌｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ
范宁松，夏达，任治国
（南京电子技术研究所，南京２１００３９）
摘要：介绍了一种ｓ波段３０ｋＷ空管雷达固态发射机的性能指标，阐述了发射机射频链路、监控保护、电源和冷却各部分的设计特点和实现方法；其次，针对空管雷达发射机的特殊需求，描述了在线更换技术和数字化检测技术；最后给出了发射机性能测试结果。本发射机的成功研制，可为今后其他固态发射机设计提供参考。
０引言
空管一次雷达是实施空中交通管制 Байду номын сангаас主要设备之
一
因此在保证主要性能指标的同时，发射机研制重点研
究了如何提高发射机的在线维修能力，以及实现功能
更强的发射机监控能力。
，
可用于观测机场附近的空中交通情况。在２０世纪

S波段宽带微波固态功率放大器的设计

S波段宽带微波固态功率放大器的设计
程光伟;赵文
【期刊名称】《西安工业大学学报》
【年(卷),期】2012(032)003
【摘要】微波功率放大器是发射机的重要组件,它的设计成了微波发射系统的关键.文中使用ADS仿真软件对一款功率放大器进行电路设计和仿真,根据晶体管的小信号S参数和I-V曲线,对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化设计,使其性能达到设计要求.在2～2.5 GHz的频段内,对输入功率为0 dBm射频信号,使用功放模块可以输出40 dBm的射频信号,带内波动≤士1.5 dB.
【总页数】5页(P226-230)
【作者】程光伟;赵文
【作者单位】西安工业大学电子信息工程学院,西安710032;西安工业大学电子信息工程学院,西安710032
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.75
【相关文献】
1.宽带固态功率放大器的设计及实现 [J], 孙凤义;郑燕;翟冰
2.基于混合环功分/功合网络宽带微波固态功率放大器的设计与实现 [J], 路鹏举;赵莉
3.一种S波段300W固态功率放大器的研制 [J], 黄江
4.S波段大功率固态功率放大器的分析与设计 [J], 胡标;李家胤;周翼鸿
5.S波段超宽带固态功率放大器的研制 [J], 蒋拥军;潘厚忠
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S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制

Vol. 32, No. 10Oct., 2020第32卷第10期2020年10月强激光与粒子朿HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS•速调管放大器专题•S 波段超宽带高平均功率多注速调管的研制李烨，李冬凤，王子威，闫松（北京真空电子技术研究所，北京100015）摘要：介绍一种新型超宽带（相对带宽217%）S 波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果，该速调管首次在S 波段实现了 17%的相对带宽，带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。

通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施，提高电子注流通率及注波互作用效率，降低高频部分的散热压力，使该速调管仅在120 kW 的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW 的平均功率。

同时，通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了 3 ms 脉宽的稳定工作及连续24 h 稳定工作不打火。

为实现3 min 内满功率输出及2000 h 的寿命，对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。

本项目在能够实现指标的前提下，进行了小批量的生产及车载环境的环境试验，并针对可能产生的不可靠性因素，进行了改进，使产品真正能实现工程化应用，为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。

关键词：S 波段；多注速调管；超宽带；高平均功率；带宽中图分类号：TN122 文献标志码： A doi : 10.11884/HPLPB202032.200202Development of S-band ultra wideband high averagepower multi-beam klystronLi Ye , Li Dongfeng , Wang Ziwei , Yan Song(Beijing Vacuum Electronic Research Institute, Beijing 100015, China )Abstract ： This paper introduces the development of a new ultra-wideband (relative bandwidth 三 17%) S-band multi-beam klystron (MBK) for the first time in China. By optimizing the electronic optics system, gun construction, high-frequency system, heat removal system and so on, the electronic passing rate can be improved and the heat dissipation pressure in the high frequency part can be reduced. These measures enabled the MBK to achieve 120 kW peak power with 30% efficiency and 40 kW average power. At the same time, through low cathode load design and many process measures, the steady working with 3 ms pulse length and continuous 24 h of steady work have been realized. To achieve full power output with in 3 min and 2000 h life time, we have optimized the working parameters of cathode and structure and technology of electron gun for many times. This project has completed the all index, the small-batch production and vehicle-mounted environmental testing, with engineering application conditions, which can provide effective technical reference for subsequent similar designs.Key words ： S-band ； multi-beam klystron ； ultra-wideband ； high average power ； bandwidth 随着雷达系统的迅速发展［1］，速调管在现代新型雷达系统中依然具有重要地位。

S波段GaN大功率放大器的设计与实现

Ｓ波段ＧＮ大功率放大器的设计与实现ａ
杨斐周永伟马云柱王海涛
（西安电子工程研究所西安７００）１１０
【摘要】本文介绍了基于新型ＧＮ宽禁带半导体材料的大功率器件的特点和优势，ａ采用微波仿真软
件ＡＳ对一款Ｓ波段的ＧＮＭＯＦＴ进行优化仿真设计，到了良好的仿真结果，给出了该功ＤａＳＥ得并放的实物和测试数据。测试结果表明，功放适用于２１～．Ｇｚ功率量级为１０，续波和脉该．２７Ｈ，０Ｗ连冲制式均可工作，ＧＮＭＯＦＴ功率器件高增益、对ａＳＥ高效率、宽带宽的优异性能得以验证和实现。
第４０卷第３期（第１７期）总５
２１年９月０１
火控雷达技术
ＦｉｅＣｏｔｏｄｒＴｅｈｏｏｙｒｎｒｌＲａａｃｎｌｇ
Ｖ１４ｏ３Ｓｒｓ１７ｏ．０Ｎ．（ｅｉ５）ｅ
Ｓｅｐ．２０１１
ｗｖｉｌｔｎｓｆｒＳ，ｇｏｉｌｔｎｒｓｌｒｂａｎｄａｄｔｓｄｔｒｒｖｄｄａｅｓｍｕａｉｏｔｅＡＤｏｗａｏｄｓｍｕａｉｅｕｔａｅｏｔｉｅｎｅｔａａａｅｐｏｉｅ．Ｔｅｔｓｒｓｌｎｏｓｈｅｔｅｕｔｉ — ｓ，禁带功率器件得到很大发宽
关键词：Ｓ波段；ａＳＥ宽禁带ＧＮＭＯＦＴ；中图分类号：Ｎ４Ｔ７文献标志码：Ａ文章编号：０８８５（０１０－８－５１０ —６２２１）３０６０

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

第２３卷第９期２１年９月０１
强激光与粒子束
ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖｏ．３，ＮＯ１２．９
Ｓｅｐ．，２１０１
文章编号：１Ｏ一３２２１ பைடு நூலகம் ９２５ —４０ｌ４２（０１０ — ４７０
其基本原理是通过调整２兀模和丌模的频率间隔和负载Ｑ值，２使模和丌模的阻抗一率特性发生重叠，其频使
在宽的频率范围内，获得比较平坦的等效阻抗一频率特性＿。双间隙重叠模耦合腔已被理论和实验证明可以提１］供１的带宽［］Ｏ５。本文研制了一种用于Ｓ波段、．带宽、７１高平均功率速调管的双间隙重叠模输出段，绍介
了设计方法、测结果和整管的热测结果。冷
１双间隙重叠模技术
双间隙耦合腔输出回路的工作模式有２模、模和兀模。该回路有两种工作方式，兀其一是非重叠模工作，仅利用２兀模或７模中的一个模式工作，带多注速调管大多采用此工作方式；ｃ宽其二是重叠模工作，般是一２兀模与两个兀模中的一个模式重叠。通过调整２模和模的频率间隔和腔体外Ｑ值，可在宽的频率范围内，
双间隙重叠模输出回路由第１、２腔（腔第即输出腔）和耦合板３部分组成，其结构如图１示。从图中可所以看到，１和第２腔是通过耦合板开槽实现耦合的，合槽采用短槽耦合，在靠近耦合板直径最大的位第腔耦开

基于GaNHEMTs的S波段大功率固态功放组件设计

第2期2019年2月Vol.14No.2Feb.2019 Journal of CAEITdoi：10.3969/j.issn.1673-5692.2019.02.017基于GaN HEMTs的S波段大功率固态功放组件设计彭恩超，张瑞(1.中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥230088；2.安徽省天线与微波工程实验室，合肥230088)摘要：介绍了一种基于氮化铢高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)的S波段大功率固态功放组件，详细阐述了组件的微波链路设计、热设计、BITE设计以及电源设计等设计中的关键性问题。

测试结果表明，组件在450皆脉宽、15%占空比条件下输出峰值功率不小于1.6kW,效率达到40%。

组件创新性地采用实时参数化的数字采样技术、激励/控制输入通道的冗余设计技术，适应高可靠雷达系统的健康管理对组件的智能化要求。

关键词：功放组件；氮化镣；高电子迁移率晶体管;S波段；雷达；大功率中图分类号:TN602文献标识码：A文章编号：1673-5692(2019)02-0206-06Design of S-band Solid-State Power Module withHigh Output Power Based on GaN HEMTsPENG En-chao,ZHANG Rui(1.No.38Research Institute of CETC,Hefei230088,China；2.Anhui Antenna and Microwave Engineering Laboratory,Hefei230088,China)Abstract:A kind of S-band solid-state power module is introduced with high output power based on GaN HEMTs.The design of the module is described in detail in terms of the key problems such as the design of microwave chain,heat dissipation,BITE function,power supply,and so on.Measurement results show that the power module delivers more than1.6kW peak power and a typical40%PAE with450|jis pulse width and15%duty cycle.The module innovatively utilizes real-time digital sampling technology and redundancy design of excitation/control input channel,which makes it intelligent and proper for the application in the reliable radar systems.Key words:power module；GaN,HEMTs；S-band；radar,high power,intelligenceo引言相比于真空管发射机，固态发射机因其具有工作电压低、可靠性高、维修性好、全寿命周期费用低和机动性好等优点，使其在地面、车载、舰载、机载和星载等雷达领域得到越来越广泛的应用⑷。

S波段超宽带固态功率放大器的研制

S波段超宽带固态功率放大器的研制摘要: 本文结合一款新研制的S波段超宽带固态功率放大器,介绍了超宽带固态功率放大器的设计理论和方法,根据砷化镓场效应晶体管的小信号S参数和I2V曲线,用微波仿真软件对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化仿真设计。

通过制作并测试此放大器,验证了该设计方法的可行性。

最后,给出了测试数据,它在2GHz～4GHz的频带范围内,输入功率为40mW时,输出功率大于20W,带内功率起伏小于1.5dB。

关键词: 超宽带, 固态功率放大器, 平衡放大器引言微波固态功率放大器在雷达和电子对抗等领域有着广泛的应用,随着雷达技术发展,对固态放大器提出了更高的输出功率和更大瞬时带宽的要求。

实现超宽带放大器的常用电路形式主要有以下几种:(1)分布放大器,在这种形式中,级联多个带串联电感的FET,可在多倍频程内获得良好性能,但需要很多小型FET,研制过程中工艺复杂,调试困难;(2)负反馈放大器,在FET的漏极和栅极之间加介入一个串联的RL反馈,这种形式改善了输入输出匹配,并通过降低低频增益改善了稳定度,可在多倍频程内获得良好性能,但在大功率应用时,反馈用的任意阻值的功率电阻不易得到;(3)平衡放大器,平衡放大器由两个宽带3dB 耦合器和接于其间的两个放大器组成,输入的3dB 耦合器起功率分配作用,将输入信号分成相位差90°的两个信号送给两个放大器,输出的3dB耦合器起功率合成作用,将两个相位差90°合成输出。

与前两种电路相比,平衡放大器电路有许多优点,由于输入、输出的3dB 电桥由于两路输入信号相位差90°,当两路反射型的放大器接于其间时,反射功率相互抵消,从而保证功放模块具有低的输入、输出驻波系数,使得各个功放模块之间不用加隔离器就能方便的联接起来,平衡放大器的输出功率比单管输出功率增加3dB。

另外,由于目前能够实现超宽带工作的功率器件的输出功率有限,要实现大功率输出,只能采用多管合成的方式实现,因此,本文介绍的超宽带固态功率放大器采用平衡电路结构形式,它在2GHz～4GHz的频带范围内,输入功率为40mW时,输出功率大于20W ,带内功率起伏小于1.5dB。

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ＬＵＡＮ ‘ ＳＮＲｏｇｄＷＡＤｉＵｎ — ｉ，ＮＧｕＤＥｈｎ — ｎ ’ Ｊｎ，ＮＧＺｅｇｌｇｏ
，
（．ＮｎｉｇＲｓａｃｓｔｔｏｌｔｎｓｅｈｏｏｙＮｎｉ０９Ｃｉａ１ａｊｅｅｒｈＩｔｕｅｆｅｒｉｃｎｌ，ａｊｇ２０３，ｈ）ｎｎｉＥｃｏｃＴｇｎ１ｎ
大功率速调管雷达发射机一般体积庞大，量较重重，同时需配有规模较大的冷却系统，以地面固定式为
输出平均功率：０ｋ２Ｗ
１２系统组成．
本发射机采用主振放大式 … ，调管阴极调制方速
（．ＸｎＳｔｌｅＣｎｒｌｅｔｉｓＳａｏ，Ｊｍｓ１４０，ｈｎ）２ｉａｅｉｏｔｎｅＪｍｕｉｔｉｎｉｕｉ５０２ＣｉａｌｔｏＣｒａｔａａ
ＡｂｔａｔＶｈｃｌｒｒｄｒｍａｅｓｉｔｄｍａｄｎｉｒｎｍｉｅ＂ｖｌｍｅｓｒｃ：ｅｉｕａａａｄｔｃｅｎｓｏｔｔｓｔｒｏｕ，ｗｉｈｎｎｉｏｍｅｔｌｗｒｉｅｓＡｈｇｏｅｒｓａｔｓｅｇｔａｄｅｖｒｎｎａｏｔｎｓ．ｉｈｐｗｒｈｂｏｄａｄｋｙｔｎｖｈｃｌｒａａａｓｔｅｉｔｏｇｅｖｒｎｎａｗｒｈｎｓｓｐｅｅｔｄｈｉｅｅｆｒｎｅｉｄｃ－ｒａｂｎｌｓｏｅｉｕａｄｒｒｎｍｉｒｗｔｓｒｎｎｉｍｅｔｌｏｔｉｅｓｉｒｓｎｅ．Ｔｅｍａｎｋｙｐｒｍａｃｉａｒｒｔｔｈｏｏｎｔｒａｄｔｅｓｓｅｃｎｔｕｉｎａｅｐｅｅｔｄｏｓｎｈｙｔｍｏｓｉｔｒｒｓｎｅ．Ｔｅｅｈｓｓｐｔｏｈｉｈｖｌｇｏｅｕｐｙｏｉｔｔｄｌｔｒｈｔｏｈｍｐａｉｉｕｎｔｅｈｇｏｔｅｐｗｒｓｐｌ，ｓｌｓａｅｍｏｕａｏ，ｔｅｓａｄｓｕｔｒｏｏｉｏｔｃｕａｃｍｐｓｉｎ，ｃｏｉｇｓｓｅｎｈｔｂｌｙｏｕｐｔｗｅｖｒｄｅｅａｕｅｒｌｔｏｌｙｔｍａｄｔｅｓａｉｔｆｏｔｕｎｉｏｐｒｏｅｅｔｍｐｒｔｒ．Ａｓ，ｔｅｐｔｎｉｌｐｌａｉｎｏｗｉｔｌｔｈｅｔｐｉｔｆａｏａａｃｏＭｕｔ —Ｂａｋｙｔｏｎｔｅｆｌｆｈｇｏｅａｓｔｒｉｉｕｓｄｌｉｅｍｌｓｒｎｉｈｅｄｏｉｈｐｗｒｔｎｍｉｅｓｄｓｓｅ．ｉｒｔｃＫｅｒｓ：ｖｈｃｌｒｎｍｉｅ；ｈｇｏｅ；ｋｙｔｎ；ｓｌｔｔｄｌｔｒｎｉｎｎａｒｉｅｓｙｗｏｄｅｉｕａｔｓｔｒｉｈｐｗｒｌｓｒｒａｔｏｏｉｓｅｍｏｕａｏ；ｅｖｒｍｅｔｌｔｎｓｄａｏｗｏｈ
关键词：载发射机；功率；调管；车大速固态调制器；境适应性环
ＤｅｉｎｏｂｎｉｈＰｏｒＢｒａａｌｓｒｎｓｇｆＳ－ａｄＨｇｗｅｏｄｂｎｄＫｙｔｏ
ＶｅｉｕａａｓｉｔｒｈｃｌｒＴｒｎｍｔｅ
Ｓ波段大功率宽带速调管车载发射机的设计
栾镝孙荣棣王军。邓正龙，，，
（．南京电子技术研究所，南京２０３）１１０９（．西安卫星测控中心佳木斯测控站，黑龙江佳木斯１４０）２５０２
摘要：车载雷达对发射机的体积、重量和环境适应性提出了严格要求。文中介绍了一种具有较强环境适应性的大功率宽带速调管车载发射机的设计，叙述了发射机的主要技术指标和系统组成。重点介绍了高压电源、固态调制器、结构与冷却和宽温下带内输出功率的稳定性。最后，展望了多注速调管在大功率发射机中的应用前景。
第３２卷
第１２期
现代雷达
ＭｏｒｄｒｄｅｎＲａａ
Ｖｏ．２Ｎ．２１３ｏ１
Ｄｅ．２０ｃ０ｌ
２１００年ｌ２月
・ｌ发技术・陡／
中分号：８图类Ｔ３Ｎ７
文标码：献志Ａ
文编１４７９２１１—０１０章号：０—８（０２０ —５０５０）０
输出峰值功率：ＭＷ１
０引言
速调管是一种大功率真空电子器件，有输出功具率大、益高、增效率高域，我国大功率雷达发射机通加是中用得最多的电真空器件。