[实用新型]一种微波线性功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型主要应用于北斗卫星导航系统用户终端设备中，涉及一种微波线性功率放大器。

背景技术

北斗导航系统对于我国国民经济建设和国防建设具有积极的推动作用。北斗导航系统用户终端设备中的射频系统主要由天线、低噪声放大器、射频接收模块、功率放大器等部分组成，其中的功率放大器是北斗卫星导航系统用户终端设备中关键的核心部件之一。

随着北斗导航系统的实施建设和推广应用，卫星导航用户终端设备将朝着小型一体化、高集成化以及便携式方向发展，因此北斗导航系统对功率放大器的性能要求越来越高。目前为了满足增益、功率、线性度的指标，功率放大器存在体积大、功耗高、效率低等问题，极大地制约终端设备的发展。因此研发设计具有小型化、功耗低、效率高、性能稳定的功率放大器成为市场需要。

发明内容

为了弥补现有功率放大器所存在的体积大、功耗高、效率低的不足，本实用新型提供一种微波线性功率放大器，它是一种L波段微波线性功率放大器，具有以下两大优点：

第一，它的主要器件采用高集成度的横向扩散金属氧化物半导体场效应管放大器芯片，而这些高集成度的横向扩散金属氧化物半导体场效应管放大器芯片本身就具有体积小、功耗低、效率高和实现电路简单的优点；

第二，它可以在功率放大器满足输出功率和增益指标要求的条件下，降低功率放大器的功耗，大大提高功率放大器的效率，特别适用于北斗卫星导航定位系统用户终端设备，具有良好的经济效益和应用前景。

因此，本实用新型具有体积小、低功耗、效率高、性能稳定的特点。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下具体技术方案：一种微波线性功率放大器，它是由功率放大单元、窄带滤波器和微带隔离器组成，其结构特征在于，

所述的功率放大单元包括第一微波放大芯片、第二微波放大芯片、第一场效应管功放芯片、第二场效应管功放芯片，这四个部分通过耦合匹配电路以及直流偏置电路组成放大链路，在第二微波放大芯片、第一场效应管功放芯片之间连接有窄带滤波器，在第二场效应管功放芯片的功放输出处连接一只微带隔离器至功率放大器的输出端口，功率放大器的输入端口与第一微波放大芯片连接。

所述的第一微波放大芯片优选minicircuits公司的GAL-5微波放大芯片；第一微波放大芯片是小信号预放处理单元，作为第一级，属于输入级；

所述的第二微波放大芯片优选WJ Communications公司的AH1微波放大芯片；第二微波放大芯片是小信号预放处理单元，作为第二级，属于输入级；

所述的第一场效应管功放芯片优选freescale公司的MW6S004效应管功放芯片；第一场效应管功放芯片是功率放大器的推动级，作为第三级；

所述的第二场效应管功放芯片优选freescale公司的MRF18030效应管功放芯片；第二场效应管功放芯片作为末级；

第一微波放大芯片、第二微波放大芯片、第一场效应管功放芯片与第二场效应管功放芯片这四个部分组成四级放大；

第一微波放大芯片和第二微波放大芯片为第一场效应管功放芯片、第二场效应管功放芯片提供小信号预放处理；

第一微波放大芯片和第二微波放大芯片具有体积小、增益动态范围大、匹配电路简单的特点；

第一场效应管功放芯片和第二场效应管功放芯片均可工作在AB类状态，具有集成度高、功耗低、效率高、性能稳定、可靠性高的特点；

所述的窄带滤波器采用高Q值、低损耗介质材料制作，它对工作频率带宽以外的信号具有很好的抑制作用，抗干扰性强，极大地改善输出射频信号的质量，从而达到滤波和高抑制的目的。

在安装功放芯片时，直接将第二场效应管功放芯片焊接在纯铜载体上，纯铜载体能起到增加接触面和扩热的作用，消除了器件的安装热阻，同时在纯铜载体与机壳间涂导热硅脂，以达到最优散热效果，降低放大器的工作温度，保证放大器工作的可靠性和稳定性。

本实用新型的设计原理在于：基于横向扩散金属氧化物半导体场效应管放大芯片可工作在AB类状态，加上其所具有的输出功率大、增益高、高线性度和效率高的特性，通过安捷伦的先进设计系统的微波设计软件，应用负载牵引法对包括静态偏置、输出输入阻抗以及放大器稳定性进行仿真设计和优化以及工作在AB类的设计思路，最终完成微波功率放大器增益、功率、效率、线性度以及稳定度性能的设计。

本实用新型的关键体现在末级功放的仿真设计，主要是针对第二场效应管功放芯片静态工作点设计和基于负载牵引法的共轭匹配设计，该设计过程的主要内容如下：