引言

功率放大器是在微波毫米波發(fā)射系統(tǒng)中起著核心作用的關(guān)鍵組件，特別是在航天測控、衛(wèi)星通信、電子對抗等高精尖領(lǐng)域，對功率放大器的小型化以及大功率輸出有著較高的需求。近年來，基于氮化鎵（GaN）的固態(tài)功率放大器（SSPA）因其高功率密度、寬頻帶特性及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，已成為微波毫米波領(lǐng)域的研究熱點。現(xiàn)有研究主要集中在提升輸出功率、優(yōu)化線性度及散熱效率等方面。

在高功率合成技術(shù)上，目前普遍采用多片GaN芯片通過微帶Gysel功分器與波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)合成，實現(xiàn)了Ku波段超過850 W連續(xù)波輸出功率，但需依賴復(fù)雜的散熱系統(tǒng)（如強(qiáng)制風(fēng)冷+熱管散熱器）以應(yīng)對高熱流密度，導(dǎo)致體積較大。在線性化技術(shù)上，射頻預(yù)失真技術(shù)被廣泛用于改善GaN功放的非線性特性，如某研究將三階互調(diào)（IMD3）優(yōu)化至-32 dBc，但需額外電路補(bǔ)償，增加了設(shè)計復(fù)雜度[1]。

在小型化設(shè)計上，通過優(yōu)化電路布局和封裝技術(shù)，實現(xiàn)了50~200 W的緊湊型功放，但其工作頻段和功率容量仍受限于傳統(tǒng)砷化鎵（GaAs）或早期GaN器件的性能[2-3]。在環(huán)境適應(yīng)性上，現(xiàn)有方案多采用主動散熱（如風(fēng)冷）或開放式結(jié)構(gòu)，雖能保障散熱效率，但在鹽霧、氣壓變化等惡劣環(huán)境下的可靠性不足，限制了其在航空航天等嚴(yán)苛場景的應(yīng)用[1]。

本文闡述了一種適用于Ku波段的高效率、小型化氣密型固態(tài)功放組件的設(shè)計方法。這種設(shè)計通過兩級級聯(lián)架構(gòu)（前級驅(qū)動+末級合成）和緊湊波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)，僅需少量GaN芯片即實現(xiàn)超過120 W連續(xù)波輸出，體積縮減至140 mm×140 mm×45 mm（重量<0.8 kg），功率密度較同類產(chǎn)品提升約40%[1,3-4]。

在13~15 GHz頻段內(nèi)，該功放組件增益達(dá)40 dB以上，在線性度方面，通過集成自適應(yīng)偏置電路，無需外接預(yù)失真模塊即可實現(xiàn)IMD3≤-30 dBc，簡化了系統(tǒng)架構(gòu)。

傳統(tǒng)方案采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱，需動態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以控制溫度，存在噪聲大、密封性差的問題。本組件采用氣密封裝設(shè)計，結(jié)合高效熱沉材料，可抵御鹽霧、高濕及氣壓波動，可靠性適用于衛(wèi)星通信等極端環(huán)境[5]。

該設(shè)計在功率密度、環(huán)境適應(yīng)性及集成度方面突破了現(xiàn)有GaN功放的局限，為Ku波段高可靠通信系統(tǒng)提供了更優(yōu)解決方案。隨著5G毫米波與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的普及，此類小型化、高性能功放組件有望在軍民融合領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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作者信息：

趙鵬

（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所，四川 成都 610036）