基于FLL120MK微波功率放大器的设计

薛文松，张想，乔德政

（江苏宝科电子有限公司，江苏 扬州 225009）

0 引言

FLL120MK是优迪娜半导体有限公司推出的一款低电压高增益砷化镓场效应晶体管。工作电压最大为15V，输出线性功率可达10W，增益为10dB，工作效率可达40℅[1,2]。它的线性度和效率都比一般硅工艺的晶体管要高，工作在AB类[3]；特别是在3G/4G的基站有着广泛的应用[4]。

FLL120MK没有复杂MMIC电路封装，只是采用了大基座散热+陶瓷封装，极大地方便了系统散热和固定。图1为FLL120MK实物图。

1 功率放大器的设计

1.1 功率放大器的指标要求

1）工作频段：L波段。

2）输入激励信号功率：30dBm。

3）供电电压：正电压9V；负电压-5V。

图1 FLL120MK实物图Fig.1 FLL120MK picture

4）1dB压缩点输出功率P1dB≥38dBm。

5）工作效率≥30℅。

6）增益平坦度≤0.8dB。

7）输入输出驻波比VSWR≤2。

1.2 功率放大器的设计

根据上述指标要求，需要设计一款增益大于9dB，效率大于30℅的放大器，拟选用FLL120MK作为功率放大管，输入输出阻抗匹配采用分布参数来实现,图2为FLL120MK的关键性能参数。

图2 关键性能参数Fig.2 Key performance parameters

图3为原理图，包括激励输入阻抗匹配单元、输出阻抗匹配单元、DC9V供电处理单元和负电压供电处理单元。

图3 原理图Fig.3 Schematic diagram

图4为设计完成好的电路图，输入输出采用50欧微带线。

图4 电路图Fig.4 circuit diagram

2 功率放大器的调试

2.1 调试环境及要求

该电路模块应在实验室环境下调试，调试需要一台稳压电源，稳定输出DC+12V，DC+12V分两路，一路通过电源转换芯片变成+9V,提供给FLL120MK；另一路通过ME7660芯片变成负压，提供偏置电压给FLL120MK，对于功放电路中的电源偏置同样是非常重要的，电源的偏置不仅可以调节功放的增益，尤其在线性功放电路中可以调节功放的线性度。因此在功放的供电和偏置端要加入滤波电容（该电路模块已经包括电压变压、滤波电路）。该模块的调试应与功放单板结合，为防止功放自激，在加电调试前，功放的输出必须接大功率负载。另外，须做好防静电措施。另外对于微波电容的选择，一般选用是高 Q 值的电容，要求电容的等效电阻越小越好，尽量选取高品质微波电容[1，4]。

2.2 调试方法

先用频谱仪测量出前级功放的输出功率[2，3]，检查是否达到要求，本系统对输入激励的要求是30dBm。

接入FLL120MK电路，在供电时应先供正9V电源，后加偏置电压，本电路设计用一种开关电源（通过控制使能端）达到这项功能。设置好稳压源限流开关，将电流限制在合理区间，见图5。

图5 测试图Fig.5 Test chart

2.3 调试过程

1）用万用表检查供电电压及偏置电压接入情况。

2）检查FLL120MK芯片与散热底座的良好接触，一般建议加上导热硅脂上以获得良好的散热条件，这样有利于芯片稳定工作。

3）根据设计电路图在电路板，在C61处加1.2pF电容，在C52处加1pF电容，在C55处选加0.5pF电容。

C61电容对电路的电流影响较大，如果加上电容后，出现由于限流电压被拉低的情况，应适当调整前级电容的位置及容值以达到降低电流的目的。

4）在C47处加入1pF电容，在C54及C55处选加电容，上电看输出功率情况。调配电容一般尽量靠近FLL120MK管脚，输出功率相对较大，效率相对较高。

5）测试结果是：功率输出为38.3 dBm，电流为1.82A，功放效率为30.95%。

3 功率放大器的测试

在XXX项目无线通信中，应用了FLL120MK芯片作为微波功率放大推动级，设计了L波段功率放大器。

3.1 设计要求

1）工作频段：L波段。

2）输入激励信号功率：30dBm。

3）供电电压：正电压9V；负电压-5V。

4）1dB压缩点输出功率P1dB≥38dBm。

5）工作效率≥30℅。

6）增益平坦度≤0.8dB。

7）输入输出驻波比VSWR≤2。

3.2 实际测试结果

1）工作频段：L波段（1.75-1.85GHz）。

2）工作效率：30.95℅。

3）输出功率：38.3dBm（6.76W）。

4）增益平坦度：0.7dB。

5）输入输出驻波比VSWR≤1.8。

4 结束语

本文是基于FLL120MK的微波功率放大电路的设计、调试和测试的工程应用类文章，本文的研究成果可广泛应用于微波无线通信领域，包括3G、4G、MIMO、WIFI等，由于其线性度和效率较高，在各种制式无线通信中应用极其广泛[4]。

[1]黄智伟.射频功率放大电路设计［M］.西安:西安电子科技大学,2009.

[2]刘光沽,张玉兴.无线应用射频微波电路设计［M］.北京: 电子工业出版社,2010.

[3]郭洁,李正权,燕锋.无线通信电路设计分析与仿真［M］.北京: 电子工业出版社,2010.

[4]黄智伟,王明华,黄国玉.射频与微波功率放大器工程设计［M］.北京: 电子工业出版社,2015.