【導讀】雷達係統設計師最夢寐以求的目標是獲得遠距離
、高分辨率探測能力，以鑒別互相靠近的物體，不僅能夠確定目標速度
，還可分辨目標類型
，從而識別目標。

要實現這些目的在很大程度上取決於下麵的基本雷達方程：

其中：

R_max = 最大探測距離

P_t = 發射功率

P_min = 最小檢測功率（由接收器）

λ = 發射波長

σ = 目標雷達散射截麵（麵積）

G = 天線增益

f₀ = 頻率

考慮到功率對雷達探測距離的重要性
，工程師可能會完全專注於在尺寸限製內盡可能多地提升功率 — 通過使用 Wolfspeed 最新的 GaN 技術獲取最高的功率密度。另一方麵是依賴雷達算法鑒別多個物體，或者犧牲功率以換取“幹淨”的脈衝。

這兩種方法的結合是必不可少的，工程師可以設計阻抗點在負載牽引仿真得到的峰值功率點上；同時兼顧到其它部分電路設計，以獲得基帶信號的保真度。

圖1：理想脈衝包絡（上圖）。真實 RF 脈衝中的失真

（下圖）會影響雷達性能

#1  脈衝保真度的重要性

脈衝雷達發射機發射經脈衝調製的射頻載波信號，遇到目標反射後回波由雷達接收機接收，再經過信號處理分析及判斷目標屬性。

zhenshidemaichongtongchangbushixiangjiaokeshushangshuodenayang
，zaiwuzaoyindebeijingxiajuyoupingtandedingbuhelingqiluoshijiannayanglixianghua。womenyaolejiemaichongbaozhenduruheyingxiangleidaxingneng，bixushouxianlejiedianxingdemaichongshizhen（圖 1）會妨礙雷達目標的識別。

各ge種zhong目mu標biao以yi它ta們men獨du特te的de方fang式shi修xiu改gai或huo調tiao製zhi雷lei達da回hui波bo。算suan法fa則ze依yi賴lai這zhe些xie信xin息xi得de以yi識shi別bie這zhe些xie物wu體ti
，例li如ru區qu分fen商shang業ye飛fei機ji和he國guo防fang飛fei行xing器qi。如ru果guo放fang大da器qi發fa出chu失shi真zhen的de包bao絡luo射she頻pin載zai波bo信xin號hao
，則ze可ke靠kao探tan測ce目mu標biao速su度du、位置和屬性的能力會削弱。

#2   解決脈衝的惡化

weishixianzuijiagonglv
，qijiancankaomiandefuzaizukangheyuanzukangbixuzhenduifengzhigonglvdiansheji。zaiwanchengshepinpinlvxiazuiyouhuadezukangpipeihou，zeyingzaixishejiloujipianzhidianlu，yibimianyingxianggaizuiyoupipei。shejibuliangdeloujipianzhidianluwangwanghuidaozhigonglvfangdaqimaichongbaozhendujiangdi。

基本的設計理念是必須讓偏置網絡盡可能接近理想狀態。如圖 2 所示，實現方法如下：

●    避免偏置電路上的電壓降
，以便在漏極處獲得最大電源電壓。因此，偏置電路上的直流阻抗需要設計趨近於零。

●    確保偏置電路接入到主匹配電路的射頻阻抗為無限大（開路）
，使得傳輸到負載的射頻功率最大化。

●    通過將偏置電路阻抗在調製頻率 - 通常從 1 kHz 到 1 MHz 段 - 設計在較低水平，實現較為理想及不失真的調製波形。（從而能夠）限製該調製頻率下電壓分量的產生，以阻止電流和功率過衝和振鈴現象。

●    在脈衝“開啟”期間


，由於器件漏極電流需求較大
，電源電壓經過偏置電路易引起電壓跌落。避免此問題有助於 射頻輸出功率最大化。

圖 2：微波 PA 的部分 AWR 原理圖，強調了漏極偏置電路的設計理念

長期以來，設計界公認的做法是沿偏置線添加大電解電容

，及添加容值相差 10 倍左右的較小電容。然而，目前對極高功率密度的關注需要我們仔細評估必要的電解電容和去耦電容值，以及確定 RF 電容的最佳位置和旁路電容之間間距。

圖 3：RF PA 的典型漏極偏置網絡，顯示了可能影響性能的各種元件

#3  選擇 RF 電容值和位置

參看圖 3 中的典型漏極偏置網絡。在遠離漏極的方向上，射頻電容 C5 的電容容值最小
，但是其位置是最重要的。

在 RF 中，電容阻抗不能簡單計算為 1/j(2πfc)。因為每個器件都有與其封裝相關的寄生參數，例如，電容的等效電路不僅包括其串聯標稱值
，還包括取決於器件製造特性的寄生 R、L 和 C 部分參數。由於寄生電抗隨頻率而變化，因此須避免選擇會導致信號損耗的元件。

圖 4 給出了分析 36 pF ATC600F 電容等效電路模型隨頻率變化的仿真結果。為了確保偏置電路在 RF 下看等效為開路，電容必須在載波頻率下諧振。此特定封裝中的 36 pF 值在 1.1 GHz 載波頻率下諧振。圖 4 zhongdeliangzhangtubiaodoubiaozhenglezhegeshepindianrongduididezukangtexing，xianshisuizhepinlvdezengjiaerxiajiang，zhidaoxiezhendian，zhihoufengzhuangjishengxiaoyingzhanzhudaodiwei，zukangsuizhepinlvshangsheng，dengxiaoweidiangantexing。

圖 4：使用高精度 Modelithics 模型的 ATC600F 電容仿真結果

第(di)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)的(de)位(wei)置(zhi)也(ye)同(tong)樣(yang)重(zhong)要(yao)。電(dian)容(rong)必(bi)須(xu)沿(yan)偏(pian)置(zhi)線(xian)遠(yuan)離(li)漏(lou)極(ji)移(yi)動(dong)到(dao)
，使(shi)其(qi)在(zai)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)下(xia)及(ji)在(zai)漏(lou)極(ji)主(zhu)匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)接(jie)入(ru)點(dian)阻(zu)抗(kang)為(wei)開(kai)路(lu)。因(yin)為(wei)將(jiang)原(yuan)來(lai)的(de)短(duan)路(lu)旋(xuan)轉(zhuan)到(dao)開(kai)路(lu)的(de)電(dian)長(chang)度(du)是(shi)四(si)分(fen)之(zhi)一(yi)波(bo)長(chang)，所(suo)以(yi) RF 電容通常放置在該電長度距離的位置上。

甚至電容的安裝方式也會引起不同的變化。與電容水平安裝（此時內部極板平行於 RF 傳輸線）相反
，電容豎立安裝會提高諧振頻率（此時極板垂直於傳輸線）。

#4  電容的智能組合

沿偏置線智能組合放置電容可以平滑頻率響應中尖銳的諧振
，從而使偏置網絡在調製頻率下保持較低而平坦的阻抗特性。

這樣的設計有助於實現“更好的脈衝保真度”目標。

#5  電解電容的大小取值

電路係統追求的尺寸、重量和功率特性取決於如何限製漏極大電解電容的慣常使用。給定所需的最大 I_C 和最大允許的 dV/dt（單位時間跌落），可以使用以下公式計算最小電容 C 需求值：

#6  從經過驗證的參考開始

圖 5：使用此處討論的技術，CGHV14800F-AMP4 實現了雷達脈衝保真度的優化

Wolfspeed 專家使用這種技術來設計優化漏極偏置網絡，保證了在高脈衝保真度下實現高 RF 功率輸出。例如，Wolfspeed 的 CGHV14800F-AMP4 演示電路提供了一個經過廣泛測試和驗證的起點。該設計應用 CGHV14800F GaN HEMT 器件於脈衝 L 波段雷達放大器中，在 1,030 至 1,090 MHz 的航空頻段實現了 800 W 的輸出功率。

要了解更多信息，請閱讀 GaN HEMT 脈衝電路，然後參加提高 RF 功率放大器中脈衝保真度建議線上研討會，深入了解 Wolfspeed gongchengshiruhequedingdianrongzhiheweizhi，ruheshiyonggaodujingquedeqijianmoxingjinxingguangfandemoniyijianshaoceshishijian，yijizhidaoruhetiaoshidianluhuoquzuijiaxingnengcanshu。

英文原稿，敬請訪問：

https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/improving-pulse-fidelity-in-rf-power-amplifiers/

來源：Wolfspeed

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