微波固態(tài)高功放在FY-2E氣象衛星中的設計及相關(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(xiàn)性度好、可靠性高、壽命長(cháng)、結構簡(jiǎn)單和維護方便等優(yōu)點(diǎn)受到諸多領(lǐng)域的青睞，在宇宙通信、微波通信、雷達、電子對抗、遙測遙控等電子系統中有著(zhù)廣泛的應用，以完成對微弱信號的放大。為使其在實(shí)際應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氣象衛星中的應用為例，研究了其設計和關(guān)鍵技術(shù)，結合實(shí)踐中的應用，最后提出了幾條具有針對性和有效性的保護措施。

　　單級放大電路的設計思路

　　一般微波功率晶體管放大器的設計主要包括：根據要求的性能指標，進(jìn)行工作狀態(tài)確定、輸入輸出匹配電路設計和偏置電路設計及熱設計等。圖1示出一個(gè)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(lèi)工作，飽和輸出。一般來(lái)說(shuō)，放大器工作在飽和或接近飽和狀態(tài)時(shí)效率最高。但由于工作在非線(xiàn)性狀態(tài)下，確定工作點(diǎn)時(shí)，除考慮效率外還應顧及非線(xiàn)性失真的要求。在此處輸入輸出匹配電路[1-3]主要是讓負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、提高頻率響應的線(xiàn)性度。設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果，適用于計算機仿真;2.利用Smith原圖作為圖解設計工具。該方法計算量相對少，更加直觀(guān)，容易驗證。偏置電路的作用是提供適當的靜態(tài)工作點(diǎn)，找種憑體參數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(wú)源偏置網(wǎng)絡(luò )容易實(shí)現，但不如有源偏置網(wǎng)絡(luò )靈活。其設計考慮包括效率、噪聲、對振蕩的抑制、獨立的電源供電、射頻扼流和阻抗匹配。

　　FY-2E中固態(tài)功放的設計及關(guān)鍵技術(shù)

　　固態(tài)功放性能指標主要有：工作帶寬、增益、增益平坦度、穩定性、三階交調、輸入輸出電壓駐波比(VSWR)等。單級放大器由于工作狀態(tài)、線(xiàn)性度、工藝等的限制難以滿(mǎn)足設計要求，實(shí)際應用中一般采用多管并聯(lián)的方式來(lái)合成功率。FY-2E氣象衛星地面應用系統中的固態(tài)功放是采用4管并聯(lián)的合成方式(見(jiàn)圖2)。

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