[发明专利]一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法

说明书

本发明公开了一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法，目的是解决现有放大电路输出功率低、放大效率低的问题。技术方案是先构建由两个电源、两个脉冲形成器件、两个宽带隙半导体器件、两个限流电阻、负载电阻和接地端组成基于宽带隙半导体器件的B类推挽式放大电路；两路激光脉冲与两个直流电源产生的电压同时作用于放大电路中的2个宽带隙半导体器件；2个宽带隙半导体器件在光电信号激励下作为光控可变电阻工作，其导通电阻随高能脉冲簇激光的光强成线性变化，使得输出的电流和光强呈正比例变化，使得光电微波放大。本发明放大电路结构简单，工作电压高，微波输出功率高，既消除了单极性限制，又有效解决了输出功率低的问题。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，尤其是涉及一种基于宽带隙半导体器件的光电高功率微波放大方法。

背景技术

为了应对信息化条件下的电磁环境日益复杂以及新波形、新频谱不断涌现的情况，亟需发展参数灵活可调的新型自适应微波源。产生高功率微波的传统方法已经发展四十余年，它主要采取脉冲功率装置与相对论电真空器件相结合的方式，通常存在输出微波参数固定、频点单一或难以调节等问题。一方面，这是由于相对论真空器件通常工作频率范围较窄，并且采用机械结构，参数调节相对困难。另一方面，电真空器件运行的前提为真空环境，这导致基于该技术路线设计的微波产生器件体积庞大，也阻碍了当前微波产生器件小型化、紧凑化的发展趋势。

随着微波光子学的兴起和无电子束的固态高功率微波器件的发展，利用宽带隙半导体器件进行微波放大的方案得到了广泛的关注。对于微波放大器，一个关键问题是如何提升其电路效率。在射频与微波波段，放大器主要分为A、B、AB等几类。如为有源器件配置不同的偏置条件，就可使放大器工作在不同状态(即A、B、AB等几类)。

A类放大电路中通常含有隔直电容，无法放大不同极性的周期性脉冲信号，仅能单极性输出，即工作时放大输出信号要么为正，要么为负。此外，A类电路中含有直流分量，所对应的直流功率无法通过射频辐射输出，只能在电路中耗散。即使在阻性负载、没有功率耗散和匹配网络损耗的理想条件下，其漏极效率(即传递到负载的射频功率与直流功率的比值，通常被用以衡量微波放大器的放大能力)最高也仅为50％。因此，A类放大电路通常用于非饱和区的小信号线性放大，不适用于高功率微波放大。

AB类推挽式微波放大器介于A类与B类之间，可以双极性输出，广泛运用于单端功率放大，理论漏极效率比A类电路高，达78.5％。然而，AB类更适用于点对点式射频功率放大的效率提升，在高频工作条件下实际运行效率低，例如，对于X波段微波信号而言，其实际效率仅为20％。这主要是由于AB类推挽式微波放大器需要同时使用n型和p型晶体管才能形成推挽对，而电子与空穴的迁移率差异较大，使得n型晶体管的跨导比p型晶体管大一个数量级，因此需要更大的直流输入功率，从而降低了实际放大效率。