方案设计
2.1 主要技术指标
设计的S波段脉冲功率放大器的主要技术指标为：工作频率为2853～2859MHz；输入功率12dBm；输出功率不低于13W；上升沿不高于130ns；下降沿不高于100ns；顶降不高于3%；脉宽不高于200us；占空比不高于10%；
2.2 功率放大器整体设计
本设计的功放主要将直流能量转换为交流能量，使得输入交流信号能量获得数量级的放大，从而得到所需功率输出。射频放大器与常规低频电路的设计方法不同，它需要考虑入射电压波和入射电流波，都必须与有源器件良好匹配，以便降低电压驻波比、避免寄生震荡。本设计整个功率放大器的原理框图如图1。
2.3 脉冲调制电路的设计
获得快速上升沿和下降沿是该脉冲功放的设计难点之一。本设计采用栅极调制方式，由于微波晶体管本身的上升沿时间在20ns～50ns，所以放大器的上升时间和下降时间主要取决于其直流偏置。对于栅极脉冲调制方式，偏置电路中的旁路电容越大，时间常数越大，脉冲上升沿和下降沿越差，所以旁路电容越小调制效果越佳，但旁路电容减小时会对放大器稳定性造成影响，在实际电路中需调节电容大小这种二者矛盾。
控制电路主要利用了P-channel MOSFET可以用作开关这一特点，由栅极电压VG控制开关状态，用FET作微波开关的主要优点是能简化偏置网络、驱动功耗小、且具有宽带特性和大的功率容量，并能提供很高的开关速度。
本设计选用了型号为IRF4905的开关管，IRF4905是P沟道的MOSFET，具有极低得导通电阻和快速的转换速率，使用ADS对MOSFET的控制进行了时域仿真，结果表明控制效果良好，管子导通时线性工作，输出电压基本等于输入电压，整个调制脉冲控制电路设计如图2所示。
2.4 功放模块的选定
为了满足指标以及国产化的要求，这里的功率放大模块选用了中电55所的型号为WFB027031-P47的模块，该模块具有体积小、可靠性高、输出功率大等优点，增益可达29dB，最大输出功率达到15W，上升下降沿时间以及脉宽的指标都能满足本设计的要求，完全能保证本功放的所有指标要求。
2.5 输出功率温度漂移考虑
由于电子器件自身存在的温度漂移特性，为保障S波段13W固态脉冲功率放大器输出功率在全温范围内的稳定性，需要至少在两个方面做到保证。其一，确保WFB027031-P47型的放大模块处于深度饱和状态，这在设计选型时已经考虑。其二，确保供给WFB027031-P47型的放大模块的36V和10V电压正常，不可过小。
2.6 电磁兼容设计
功率放大器设计时，充分考虑电磁兼容性设计。采用独立的封闭金属小腔体结构设计，提高产品的电磁兼容性能；在产品设计时，采用线性电源输入，在电源输入端增加不同容值的电容，和高隔离屏蔽胶带，防止外部信号干扰。
2.7 热设计
功放组件是一种大功率模块，其工作时产生的耗散功率会以热量的形式散发出来，因此功率放大器的热设计对功放组件安全工作有非常重要的意义。为保障SCPA2834-20脉冲功率放大器在-40℃～+55℃的环境下工作，器材选用时都采用可在连续波条件下工作的功率管。以组件输出峰值功率13W占空比1%，按系统效率10%计算，末级功率管的耗散功率为13W，热阻为0.8/C/W。由此可算出在环境温度为55℃时，末级功率管的结温为55+13×0.8=65.4℃，远远小于器件烧毁时的最高结温175℃。因此功率放大器在高温55℃时可安全工作。
实验结论：按照以上方法所设计的脉冲功放是能达到指标的，其中有些不完善的地方，敬请专家指正。
作者单位
安徽四创电子股份有限公司 安徽省合肥市 230000
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