Ku頻段2kW氮化鎵固態(tài)發(fā)射機設計

馬云柱 趙迎超 陳福媛

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

在雷達系統(tǒng)中，發(fā)射機是系統(tǒng)的核心設備之一，大功率和高效率一直是發(fā)射機領域研究的熱點和難點。以GaN為代表的第三代半導體材料MMIC功率器件由于具有更高的擊穿電場，更高的熱導率和更大的功率密度，為研制大功率、高效率的固態(tài)發(fā)射機提供了有力的支持，使得在高頻段實現(xiàn)固態(tài)發(fā)射機替代電真空發(fā)射機成為可能。

文章論述了一種Ku頻段2kW氮化鎵固態(tài)發(fā)射機的設計。闡述了500W發(fā)射組件和平面波導魔T合成器的設計，分析了波導合成器的功率容量和相位一致性對發(fā)射機合成效率的影響，最終實現(xiàn)發(fā)射機輸出功率大于2kW，效率大于22%。該發(fā)射機已經(jīng)成功應用于某項目替代電真空發(fā)射機，實現(xiàn)了產(chǎn)品的升級換代。

1 總體設計方案

如圖1所示，2kW發(fā)射機主要由一分四同軸功分器，4個500W發(fā)射組件、四路波導合成器、DC/DC電源變換模塊組成。輸入射頻信號經(jīng)過一分四同軸功分器后分別推動4個500W發(fā)射組件，在保證了4個發(fā)射組件的相位一致性后，通過四路波導合成器輸出，DC/DC電源模塊為4個500W發(fā)射組件提供需要的各種電壓。

圖1 Ku頻段2kW發(fā)射機原理框圖

2 關鍵技術

2.1 500W發(fā)射組件

500W發(fā)射組件的原理框圖如圖2所示，以150W功放模塊為基本單元，采用E-T和H-T組合的四路波導合成輸出，在輸出端設置輸出和反射檢測電路，總控制模塊實現(xiàn)故障檢測和通信，風冷系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)射組件的散熱，提高產(chǎn)品工作的穩(wěn)定性和可靠性。

圖2 500W發(fā)射組件原理框圖