突破雷达性能瓶颈：提升 RF 功率放大器脉冲保真度的实用...

莎啦啦

突破雷达性能瓶颈：提升 RF 功率放大器脉冲保真度的实用指南

在雷达技术不断演进的今天，雷达系统设计师们始终怀揣着一个宏伟目标 —— 实现远距离、高分辨率的探测，从而精准鉴别相互靠近的物体，不仅要能测定目标速度，还要能分辨目标类型，完成对目标的精确识别。这一目标的实现，在很大程度上依赖于基本雷达方程，而其中功率又起着关键作用。因此，如何提升 RF 功率放大器的脉冲保真度，成为了雷达领域的核心议题。

雷达系统的性能提升与多个因素紧密相关，而功率在其中占据着举足轻重的地位。从基本雷达方程

可以看出，发射功率Pt直接影响着最大探测距离Rmax。为了在有限的尺寸内获取更大的功率，工程师们积极探索，比如采用 Wolfspeed 最新的 GaN 技术，以获得更高的功率密度。但单纯追求功率提升并非唯一途径，还需兼顾雷达算法对多物体的鉴别能力，以及保证基带信号的保真度。

在实际应用中，脉冲保真度对雷达性能有着至关重要的影响。脉冲雷达发射经脉冲调制的射频载波信号，遇到目标反射后，回波由雷达接收机接收，再经过信号处理来分析和判断目标属性。然而，真实的脉冲并非如理想状态下那般完美，存在各种失真情况，如过冲、纹波、上升下降沿的跌落以及载波泄漏等。这些失真会干扰雷达对目标的识别，因为不同目标会以独特方式调制雷达回波，而算法正是依据这些信息来识别物体。若放大器发出的射频载波信号包络失真，那么雷达可靠探测目标速度、位置和属性的能力就会大打折扣。

为了解决脉冲恶化的问题，在电路设计上需要多方面考量。首先是阻抗匹配与漏极偏置电路设计。为实现最佳功率，需将器件参考面的负载阻抗和源阻抗针对峰值功率点进行设计。完成射频频率下的优化阻抗匹配后，漏极偏置电路的设计就显得尤为关键。一个设计不良的漏极偏置电路会降低功率放大器的脉冲保真度。理想的偏置网络应尽量满足几个条件：要避免偏置电路上的电压降，使漏极获得最大电源电压，这就要求偏置电路的直流阻抗趋近于零；确保偏置电路接入主匹配电路的射频阻抗为无限大，以最大化传输到负载的射频功率；在调制频率段（通常为 1kHz 到 1MHz），将偏置电路阻抗设计在较低水平，限制电压分量产生，防止电流和功率过冲、振铃现象，从而得到较为理想且不失真的调制波形；在脉冲 “开启” 期间，避免电源电压因器件漏极电流需求大而在偏置电路引起电压跌落，以实现射频输出功率最大化。

电容在电路中的选择和布局也会影响脉冲保真度。以典型漏极偏置网络中的射频电容为例，电容值和位置都十分关键。电容的阻抗不能简单按照公式 1/j (2πfc) 计算，因为器件存在寄生参数，其等效电路包含寄生的 R、L 和 C 部分。选择电容时要避免导致信号损耗的元件，为使偏置电路在射频下等效为开路，电容需在载波频率下谐振。同时，电容的位置也很重要，通常放置在沿偏置线远离漏极、在工作频率下及漏极主匹配网络接入点阻抗为开路的位置，这个位置一般在四分之一波长的电长度距离处。此外，电容的安装方式不同也会引起变化，竖立安装相较于水平安装会提高谐振频率。

合理组合电容也能优化脉冲保真度。沿偏置线智能组合放置电容，可以平滑频率响应中尖锐的谐振，让偏置网络在调制频率下保持较低且平坦的阻抗特性，进而提升脉冲保真度。在确定电解电容大小时，需要综合考虑电路系统对尺寸、重量和功率的要求，限制漏极大电解电容的使用。可以根据给定的最大IC和最大允许的dV/dt，通过相应公式计算最小电容C的需求值。

Wolfspeed 专家运用上述技术，设计优化漏极偏置网络，在保证高脉冲保真度的同时实现了高 RF 功率输出。例如，其 CGHV14800F - AMP4 演示电路，将 CGHV14800F GaN HEMT 器件应用于脉冲 L 波段雷达放大器中，在 1,030 至 1,090MHz 的航空频段实现了 800W 的输出功率，为相关设计提供了经过广泛测试和验证的参考。

提升 RF 功率放大器的脉冲保真度是一个系统工程，涉及到电路设计的多个方面。通过合理的阻抗匹配、精心设计漏极偏置电路、科学选择和布局电容等方法，可以有效提升脉冲保真度，进而提高雷达系统的性能。希望本文介绍的这些方法和思路，能为雷达领域的工程师们提供有益的参考，助力雷达技术不断迈向新的高度。

阅读全文