[发明专利]一种星载固态功率放大器抗微放电的方法及匹配电路

说明书

本发明提供了一种星载固态功率放大器抗微放电的匹配电路，包括输入匹配电路、输出匹配电路、功率晶体管以及栅极电压、漏极电压，栅极电压通过输入匹配电路输出端接入功率晶体管栅极，漏极电压通过输出匹配电路输入端接入功率晶体管漏极，功率晶体管源极接地，输出匹配电路包括主路微带线、两条支路微带线以及隔直电容，所述主路微带线的一端连接至功率晶体管漏极，另一端与隔直电容的一端连接，隔直电容的另一端作为输出匹配电路输出端；所述两条支路微带线的一端均接至主路微带线，另一端均悬空。采用本发明的匹配电路实现了单路微波功率放大器输出大于100W，微放电余量6dB的要求，有效解决了大功率微波固态功率放大器的星载微放电问题。

技术领域

本发明涉及固态功率放大器领域，一种L、S波段星载固态功率放大器抗微放电的方法及匹配电路。

背景技术

微放电又称为电子二次倍增效应，是一种真空谐振放电现象，原理图如图1。在真空中，电子被高频电场加速并撞击金属表面会引发电子二次发射。如果该金属表面二次电子发射系数大于1，并且该高频场的频率、场强和金属表面的距离满足一定条件，即可引发二次电子的倍增放大，引起放电。微放电现象可能导致以下危害：

a)导致谐振类设备失谐，造成输出滤波器、多工器等的功能失效、系统输出功率的下降以及某些设备的损坏(如多工器的探针，隔离器负载等)；

b)导致金属内部气体的逸出，由此而产生更为严重的气体放电；

c)对电缆及连接器的表面产生慢性电蚀，最终导致其失效；

d)产生远高于热噪声的附加噪声(约30dB)。

国内现有的抗微放电设计技术主要针对如滤波器、多工器、隔离器等大功率无源器件，如发明专利“CN 105449329抑制星载高功率微波铁氧体环行器微放电的设计方法”。大功率无源器件的抗微放电仿真技术和试验验证技术较为成熟，而对固态功率放大器类的有源电路抗微放电设计技术没有相关报道。

微放电现象与输出功率和工作频率有关，输出功率越大，工作频率越低越容易发生微放电现象。目前星载L波段单路微波功率放大器的输出功率已经达到100W以上，整机固态功放达到200W，与以往的星载固态功放相比，输出功率增加了5倍，根据星载微放电的设计要求，需要微放电设计余量至少大于6dB，现有技术无法支持大功率固态功放的星载应用需求。

根据微放电原理，两个金属表面之间存在间隙，同时存在高频时谐电场，微放电就可能发生。发生微放电的电场强度与部件内部缝隙尺寸和微波频率乘积有关，如图2所示。

常用固态功放的匹配电路如图3所示，微放电的高风险区域主要有两处，集中在功率放大器的输出端，一是功率晶体管输出引脚和输出匹配电路的缝隙处，如图5所示；二是输出匹配电路的并联电容处，如图3所示的C3和C4，由于受电容尺寸限制，匹配电路和地之间的距离d1和d2过小，易发生微放电。

发明内容

针对上述存在的问题，提供了一种L、S波段星载固态功率放大器抗微放电的方法及匹配电路。

本发明采用的技术方案如下：一种星载固态功率放大器抗微放电的匹配电路，包括输入匹配电路、输出匹配电路、功率晶体管以及栅极电压、漏极电压，栅极电压通过输入匹配电路输出端接入功率晶体管栅极，漏极电压通过输出匹配电路输入端接入功率晶体管漏极，功率晶体管源极接地，其特征在于，输出匹配电路包括主路微带线、两条支路微带线以及隔直电容，所述主路微带线的一端连接至输出匹配电路输入端，另一端与隔直电容的一端连接，隔直电容的另一端接至输出匹配电路输出端；所述两条支路微带线的一端均接至主路微带线，另一端均悬空。

进一步的，所述两条支路微带线等效两个接地的并联电容。

进一步的，所述主路微带线由依次串联的第一微带线、第二微带线、第三微带线组成，第三微带线与电容连接，第一微带线与功率晶体管漏极连接。