微波固態(tài)高功放在FY-2E氣象衛(wèi)星中的設(shè)計及相關(guān)技術(shù)介紹

引言

　　微波固態(tài)高功放與電真空功率器件相比具有體積小、工作電壓低、頻帶寬、線性度好、可靠性高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)受到諸多領(lǐng)域的青睞，在宇宙通信、微波通信、雷達(dá)、電子對抗、遙測遙控等電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，以完成對微弱信號的放大。為使其在實(shí)際應(yīng)用中具備更高的效率，更好的性能和更低的故障率，本文以其在FY-2E氣象衛(wèi)星中的應(yīng)用為例，研究了其設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合實(shí)踐中的應(yīng)用，最后提出了幾條具有針對性和有效性的保護(hù)措施。

　　單級放大電路的設(shè)計思路

　　一般微波功率晶體管放大器的設(shè)計主要包括：根據(jù)要求的性能指標(biāo)，進(jìn)行工作狀態(tài)確定、輸入輸出匹配電路設(shè)計和偏置電路設(shè)計及熱設(shè)計等。圖1示出一個典型的共基極晶體管放大器電路。

　　FY-2E的功率放大器采用C類工作，飽和輸出。一般來說，放大器工作在飽和或接近飽和狀態(tài)時效率最高。但由于工作在非線性狀態(tài)下，確定工作點(diǎn)時，除考慮效率外還應(yīng)顧及非線性失真的要求。在此處輸入輸出匹配電路[1-3]主要是讓負(fù)載阻抗與源阻抗相匹配，減少功率反射損耗，增大傳輸功率、減少噪聲干擾、提高頻率響應(yīng)的線性度。設(shè)計思路有以下兩種選擇：1.采用解析法求出電路元件的值。該方法可得到非常精確地結(jié)果，適用于計算機(jī)仿真;2.利用Smith原圖作為圖解設(shè)計工具。該方法計算量相對少，更加直觀，容易驗(yàn)證。偏置電路的作用是提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，找種憑體參數(shù)的離散性以及溫度變化的影響從而保持恒定的工作特性，一般無源偏置網(wǎng)絡(luò)容易實(shí)現(xiàn)，但不如有源偏置網(wǎng)絡(luò)靈活。其設(shè)計考慮包括效率、噪聲、對振蕩的抑制、獨(dú)立的電源供電、射頻扼流和阻抗匹配。

　　FY-2E中固態(tài)功放的設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)

　　固態(tài)功放性能指標(biāo)主要有：工作帶寬、增益、增益平坦度、穩(wěn)定性、三階交調(diào)、輸入輸出電壓駐波比(VSWR)等。單級放大器由于工作狀態(tài)、線性度、工藝等的限制難以滿足設(shè)計要求，實(shí)際應(yīng)用中一般采用多管并聯(lián)的方式來合成功率。FY-2E氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)中的固態(tài)功放是采用4管并聯(lián)的合成方式(見圖2)。

　　該系統(tǒng)主要由驅(qū)動放大器、功率放大器和四路徑向波導(dǎo)功率合成器組成。驅(qū)動放大器采用1:1熱備份形式工作，一旦其中一管子出現(xiàn)問題，能自動切換到另一備份放大器上工作，確保作業(yè)的正常進(jìn)行。驅(qū)動放大器通過分路器等分成4路分別推動功放管模塊工作，最后由四路徑向波導(dǎo)功率合成器合成輸出，環(huán)形器的作用是防止駐波異常時，反射功率過大而破壞功放管。晶體管損壞對功放組件輸出的影響