对高效大功率稳态固态微波源模块的深入研究

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具有更高的效率、更高的输出功率和更好的线性度的微波功率放大器一直是射频工程师们的追求。  本文详细地分析了当前低杂波电流驱动(LHCD)系统所采用的速调管的性能,以现有的4MW/2.45GHzLHCD系统为例:现有的LHCD系统采用的是20只俄罗斯ISTOK公司KU-2.45-200型号速调管,该速调管可以连续运行,但是其最高效率也只有52%,而且其造价高昂,体积庞大,特别外围设备复杂,操控性能差,以致很难获得广泛应用。  随着LDMOS技术的发展,大功率的固态微波源模块化标准化成为趋势,应用上将逐步取代大功率速调管。固态微波源不仅可以获得极高的效率而且体积相对较小,应用市场十分广泛。正是在这样的背景下,笔者选择过了固态微波源的研究课题。  本文首先在深入理解大功率与高效率功放基本理论的基础上对设计方法进行了探讨,给出了改进的设计方法,并对功放设计的性能指标和线性化技术展开了研究,给出了它们在实际设计过程中的提高方案。  该套系统主要由三部分组成:外围控制电路、前级小功率功放和200W超高效率固态源。外围控制电路由压控振荡源(VCO)、可调衰减器及控制电路组成,控制电路可以根据需求实时判断是否处于谐振状态并且可以进行频率、功率的实时调整;前级小功率功放主要由两级结构组成最大可以输出4W的功率;末级200W的功放可以达到70%以上的效率。  本文的创新主要有三点:  (1)在440M-460MHz频段内,率先在国内研制成功了同时具有超高效率(>75%)、大功率输出及稳态输出的微波固态功放源;  (2)在440MHz-460MHz频段内,率先在国内开发了一套线上微波功率检测系统,可以在不增加物理尺寸的情况下判断入射及反射功率的大小,大大减小了传输线的损耗;  (3)利用单片机可以实现智能控制,即对谐振状态与否进行自动判断,通过实时调整功率和频率达到最佳的耦合效果。  在实际工作中,该套系统能够较好的满足试验要求,具有很高的可靠性,从而为更高频率的固态微波源开发积累了经验。
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