本發(fā)明涉及脈沖固態(tài)功放技術領域，尤其是一種脈沖固態(tài)功率放大器及設計方法。

背景技術：

在現(xiàn)有技術下，脈沖固態(tài)功放的高速上升沿和高效率指標難以兼顧。對于脈沖功放而言，供電電流的變化速率會直接影響脈沖上升沿。如果功放偏置在A類工作狀態(tài)下，靜態(tài)和滿功率狀態(tài)的電流幾乎不變，上升沿時間可以很短，但眾所周知，A類功放的效率低，在脈沖狀態(tài)下消耗大量功耗。為保證功放效率，功率管通常偏置在接近B類或者C類狀態(tài)，功放靜態(tài)電流很小甚至夾斷，在脈沖到來時才開始建立峰值電流，在圖1所示的常規(guī)饋電網(wǎng)絡中，由于去耦電感的影響，供電電流不能和輸入脈沖或者調制包絡上升得一樣快或者比它更快，那么滿功率輸出脈沖波形將會延遲一些時間，通常C類脈沖功放的上升沿在μs量級。對于極窄脈沖信號(如脈寬在幾十納秒以內)的應用，現(xiàn)有脈沖功放技術的上升沿時間太長，無法實現(xiàn)有效的放大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有技術中功放領域脈沖響應時間與電源效率之間的矛盾，在較高的效率下難以實現(xiàn)納秒級脈沖上升沿存在的問題，提供一種脈沖固態(tài)功率放大器及設計方法。通過對微波功率管柵極饋電網(wǎng)絡以及漏級饋電網(wǎng)絡進行改進，解決現(xiàn)有脈沖功放技術中脈沖響應時間與電源效率之間的矛盾，在較高的效率下實現(xiàn)納秒級脈沖上升沿。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種脈沖固態(tài)功率放大器包括輸入匹配電路、輸出匹配電路、微波功率管、柵極饋電網(wǎng)絡、柵壓溫補電路以及柵極饋電網(wǎng)絡，所述漏級饋電網(wǎng)絡是n級π型網(wǎng)絡；第n級π型網(wǎng)絡包括第n電容和第n電感；正供電電源給柵壓溫補電路供負電壓；負供電電源給邏輯饋電網(wǎng)絡供正電壓；柵壓溫補電路通過柵極饋電網(wǎng)絡與輸入阻抗匹配網(wǎng)絡一輸入端連接，輸入阻抗匹配網(wǎng)絡另一輸入端輸入射頻信號，輸入阻抗匹配網(wǎng)絡輸出端與微波功率管柵極連接；微波功率管漏級與輸出阻抗匹配網(wǎng)絡一輸入端連接；射頻信號通過輸入阻抗匹配網(wǎng)絡后，使得微波功率管偏置于進B類靜態(tài)工作點；

所述第一電容一端接地，第一電容另一端、第一電感一端及電源端連接，第一電感另一端與第二電感一端、第二電容另一端連接；所述第二電容一端接地；

所述第二電容另一端、第三電感一端及第三電容另一端連接；所述第三電容一端接地；

所述第n-1電容另一端、第n電感一端及第n電容另一端連接；第n電容一端接地；

所述第n電感另一端與輸出阻抗匹配網(wǎng)絡連接。

進一步的，所述柵壓溫補電路包括：負供電電源通過第一電阻與三極管集電極連接，三極管集電極與三極管基級之間跨接第二電阻，三極管基級通過第三電阻接地，三極管發(fā)射機接地；三極管集電極與柵極饋電網(wǎng)絡連接，其中：

將公式((2)帶入公式(1)可得，

即微波功率管柵極電壓

β為三極管放大系數(shù)，R1、R2、R3分別為第一電阻、第二電阻、第三電阻阻值；V_負電源為負供電電源供電電壓值。

進一步的，所述n等于2到6。

一種脈沖固態(tài)功率放大器設計方法包括：

步驟1：正供電電源給柵壓溫補電路供負電壓；負供電電源給邏輯饋電網(wǎng)絡供正電壓；

步驟2：柵壓溫補電路通過柵極饋電網(wǎng)絡與輸入阻抗匹配網(wǎng)絡一輸入端連接，輸入阻抗匹配網(wǎng)絡另一輸入端輸入射頻信號，輸入阻抗匹配網(wǎng)絡輸出端與微波功率管柵極連接；微波功率管漏級與輸出阻抗匹配網(wǎng)絡一輸入端連接；所述漏級饋電網(wǎng)絡是n級π型網(wǎng)絡；其中第n級π型網(wǎng)絡包括第n電容和第n電感；所述第一電容一端接地，第一電容另一端、第一電感一端及電源端連接，第一電感另一端與第二電感一端、第二電容另一端連接；所述第二電容一端接地；所述第二電容另一端、第三電感一端及第三電容另一端連接；所述第三電容一端接地；所述第n-1電容另一端、第n電感一端及第n電容另一端連接；第n電容一端接地；所述第n電感另一端與輸出阻抗匹配網(wǎng)絡連接；

步驟3：射頻信號通過輸入阻抗匹配網(wǎng)絡后，使得微波功率管偏置于進B類靜態(tài)工作點。

進一步的，所述柵壓溫補電路包括：負供電電源通過第一電阻R1與三極管集電極連接，三極管集電極與三極管基級之間跨接第二電阻，三極管基級通過第三電阻接地，三極管發(fā)射機接地；三極管集電極與柵極饋電網(wǎng)絡連接，其中：

將公式((2)帶入公式(1)可得，

即微波功率管柵極電壓

其中，β為三極管放大系數(shù)，R1、R2、R3分別為第一電阻、第二電阻、第三電阻阻值；V_負電源為負供電電源供電電壓值。

進一步的，所述n等于2到6。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明中通過柵壓溫度補償電路采用的三極管BE結電壓的負溫度特性，當溫度升高時，Vbe下降，相應的Vgs上升，從而達到調節(jié)Vgs使得漏級電流Id保持穩(wěn)定的目的。

漏級饋電網(wǎng)絡，由多組串聯(lián)電感和并聯(lián)電容級聯(lián)，形成N節(jié)г型網(wǎng)絡，通過該網(wǎng)絡在傳輸特性上對電流瞬態(tài)響應時間的匹配性，可以很好的解決脈沖電流的快速響應問題。

經測試驗證，使用本發(fā)明的新型功放電路，可以將固態(tài)功放的脈沖上升沿控制在10納秒以內，使固態(tài)功放能適應極窄脈寬的脈沖樣式；同時固態(tài)功放在-40～+55℃的溫度范圍內，效率可達40％以上，有效減輕了系統(tǒng)供電及散熱壓力。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是常規(guī)功放漏極饋電網(wǎng)絡。

圖2是本發(fā)明組成框圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本發(fā)明相關說明：

1、柵極偏置電路是給功率管提供所需柵壓，使其導通。漏級偏置電路是提供功率管放大所需的直流能量。放大器輸入匹配網(wǎng)絡、放大器輸出匹配網(wǎng)絡都是現(xiàn)有技術設計。柵極穩(wěn)步電路供負電壓，漏極饋電網(wǎng)絡供正電壓。

2、通常放大器增益具有負溫度曲線，即低溫時增益增加，高溫時增益減少。這就會導致放大器在高低溫環(huán)境下增益變化量變大，有可能在低溫時功率過高產生自激損壞放大器，高溫時功率降低而達不到指標要求。這種現(xiàn)象在放大器級聯(lián)后會由于每級放大器溫度變化疊加而變得更加明顯。

為了降低由于溫度帶來的功率放大器的增益變化，需要在電路中加入溫度控制電路。通常做法是采用自動電平控制電路來實現(xiàn)。

b類放大器：放大器只有在有信號時正半周導通，沒有信號時處于截止狀態(tài)，功率管截止時的靜態(tài)電流為零，說明功放不工作時沒有靜態(tài)功耗，從而使其效率比A類要高。由于B類放大器只在半個周期導通，輸出有很大失真，理論上可以通過推挽電路中由于正半軸和負半軸在合成時其交界處存在失真的現(xiàn)象，稱為交越失真。因此實際應用中B類放大器較少用到。

本發(fā)明提出了一種新型的脈沖功放電路結構，主要由饋電網(wǎng)絡、射頻通道和微波功率管三部分組成，其中，與傳統(tǒng)功放電路的區(qū)別主要在于饋電網(wǎng)絡。本發(fā)明的工作原理說明如下：

在快速上升沿設計方面，由于漏極饋電網(wǎng)絡的對脈沖電流的瞬態(tài)響應決定了功放上升沿的時間，傳統(tǒng)的漏極饋電網(wǎng)絡采用1/4波長線，其帶寬無法滿足脈沖電流的快速響應。為解決電流的瞬態(tài)響應問題，采用了圖2中所示的新型饋電網(wǎng)絡(12)，由多組串聯(lián)電感和并聯(lián)電容級聯(lián)，形成N級г型網(wǎng)絡，通過該網(wǎng)絡在傳輸特性上對電流瞬態(tài)響應時間的匹配性，可以很好的解決脈沖電流的快速響應問題。

新型功放的各組成部分如圖2所示。其中，饋電網(wǎng)絡包括：直流供電DC/DC變換器(11)、漏極饋電網(wǎng)絡(12)、柵極饋電網(wǎng)絡(13)、柵壓溫度補償電路(14)、；射頻通道包括輸入阻抗匹配電路(21)、輸出阻抗匹配電路(22)；主要放大器件為微波功率管(3)。

在高效率設計方面，采取將微波功率管(3)偏置于近B類靜態(tài)工作點的方法，盡可能減少功放在脈沖間隙期的直流功耗，同時通過柵極溫度補償電路(14)，使微波功率管(3)在全溫范圍內保持內靜態(tài)工作點穩(wěn)定，避免靜態(tài)工作電流增加導致的功放效率下降。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。