深空探测用X波段固态放大器设计

车佳 黄硕 刘宇 张亮

(上海航天电子技术研究所,上海 201109)

深空探测用X波段固态放大器设计

车佳 黄硕 刘宇 张亮

(上海航天电子技术研究所,上海 201109)

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。

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

表1 固态放大器电气性能要求表

表2 功率放大模块单路测试数据(Vd＝7V,Vg＝-0.65V,Id静态＝1.90A)

图1 微波放大链路设计

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DCDC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。

[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.

车佳(1976—),男,四川资中人,硕士,高级工程师,1999年毕业于北京航天航空大学电子工程专业,现任上海航天电子技术研究所副总工程师,主要研究方向雷达接收机、频率综合器、宇航测控应答机、数传发射机、数据处理。