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深空探测用X波段固态放大器设计

2014-08-29 14:47:45  作者:  来源:互联网  文字大小:【】【】【
简介:【摘 要】 为适应深空探测中的初期下行链路建立需要,满足任务中对测控数传分系统的功能、指标需求,提出一种新型的X波段固态放大器设计方案。本固放可实现0.5W/10W功率切换输出,且功耗较低。同时,固放内部包 ...
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【摘 要】 为适应深空探测中的初期下行链路建立需要,满足任务中对测控数传分系统的功能、指标需求,提出一种新型的X波段固态放大器设计方案。本固放可实现0.5W/10W功率切换输出,且功耗较低。同时,固放内部包含DC-DC电源电压转换电路,实现一体化设计。本固放具有信号功率放大、抑制带外杂波等功能,可与X频段应答机配合完成下行X频段信号的发射,与地面测控站一起构成X频段下行链路。
  【关键词】 深空探测 X频段固放 切换输出功率 小型化
  本文将提出一种新型的X波段固态放大器设计方案。本固放可实现0.5W/10W功率切换输出,且功耗较低。同时,固放内部包含DC-DC电源电压转换电路,实现一体化设计。该款固态功放将应用于某型号深空探测测控、数传分系统中。
  1 技术要求
  X波段固态放大器主要性能指标见表1所示。
  2 任务分析及电路组成
  固态放大器主要实现以下功能:(1)接收输入信号,送入固放进行功率放大;(2)通过遥控指令对固放电源开关进行控制;(3)通过遥控指令对固放的输出功率进行选择,选择0.5W或10W输出。
  3 固放设计关键技术
  3.1 小型化微波链路设计技术
  微波放大链路部分主要由输入隔离器、输出隔离器、驱动放大器与功率放大模块组成。末级功率放大部分采用我所自研的功率放大模块,该模块主要功能为微波信号的功率放大,器件为一路输入、两路输出的结构形式,两路微波功率输出可独立加电。器件采用微组装工艺技术(MCM)进行设计,具有小型化、高集成等优点。
  3.2 输出功率切换技术
  由于在深空探测过程中,在单机内气压未完全释放时,单机输出高功率可能会引起低气压放电等现象,损坏内部设备,因此在单机内气压未完全释放时,设置单机输出功率为0.5W,防止设备损坏。继电器在得到固放开机遥控指令后进行电源模块的开关控制,在得到切换0.5W/10W遥控指令后进行DC-DC电源转换电路输出电压的切换,通过继电器的切换,电源模块可将一次母线的28V电压转换成0.5W/10W输出功率时微波链路中各级放大管的工作电压,继而完成输出功率切换实现。
  4 固放设计方案
  微波功率放大链路为固放的必须电路部分,它将实现微波信号功率放大。微波放大链路见图1所示。
  0.5W工作模式:输入信号功率P=0~5dBm,经隔离器、压控衰减器后,微波信号进入驱动放大进行放大;放大后的信号进入末级功率放大模块,设置功率模块的两路漏压一路关闭,一路开通,模块放大后输出功率为28dBm。经隔离器的衰减后,最终链路输出功率为27.5dBm(0.56W),满足指标要求。
  5 测试验证与指标复算
  本固放中,主要的功率器件为末级自研功率放大模块,方案中,对该模块进行电压降额设计,第一可降低芯片工作结温,第二可以减少整机的功耗。
  对该放大模块中单路组件进行漏级电源拉偏测试,按器件热阻为4℃/W计算,测试数据见表2所示。
  从测试结果中可以看出:(1)当单路功率组件的漏极为+7V,输入功率为2dBm时,输出功率38.3dBm,再通过后续的合成器,功率放大模块可以输出41dBm的功率;(2)当单路功率组件的漏极为+4V,输入功率为-8dBm时,输出功率31.5dBm,再通过后续电路,功率放大模块可以输出28dBm的功率。
  因此,通过电源转换模块调整功率放大模块的漏极电压,从+7V调整到+4V,可以实现固放输出功率在10W和0.5W之间切换的功能,并且在切0.5W时固放的功耗明显降低。
  6 结语
  本文提出一种新型的X波段固态放大器设计方案,固放可实现0.5W/10W功率切换输出,且功耗较低。同时,固放内部包含DC-DC电源电压转换电路,实现一体化设计。通过对自研功率放大模块进行电源拉偏测试,进一步验证设计方案的合理性和可行性。各项指标均符合分系统技术指标要求,可用于深空探测X波段固态功放的研制工作。
  参考文献:
  [1]Raymond Basset High-Power GaAs FET Device Bias Considerations, Fujitsu application note number 110.
  [2]Vincent, J.B. A 16W solid state MMIC X-band amplifier for TWT replacement. IEEE. 1996,2:749-752.
  [3]Kai Chang. Microwave solid-state circuits and applications. New York:John Wiley & Sons,Inc.1994.

责任编辑:whlg01

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