功率放大器作为微波系统的关键组件,在通信、电子对抗、雷达等领域有着广泛应用。随着军用雷达和民用通信的迅速发展,对功率放大器在大功率、宽频带、高可靠性等方面提出更高要求。近年来,具有宽禁带、高击穿电场强度等特性的氮化镓(GaN)半导体材料在固态功率器件中得到广泛应用。与电子管功率放大器相比,固态功率放大器具有工作电压低、工作时间长等优点;但是由于单个器件输出功率较低,只能通过功率合成技术将多个固态器件的输出功率进行合成来实现大功率输出。本文围绕具体工程需求完成了对工作在Ku波段(工作频率为10.5GHz~13.5GHz)输出功率大于800W的全固态功率放大器的研制。首先,根据设计指标针对国内市场选取了中国电科13所的一款输出功率为20W的GaN芯片作为末级放大器芯片,并基于该芯片的功率与增益确定了驱动放大链路和末级合成方式;然后通过三维电磁场仿真软件HFSS具体设计了可工作于10.5GHz-13.5GHz频段的功分/合成网络,包括损耗小于0.15dB的分支线电桥和损耗小于0.22dB的26路径向波导合成器。再使用3dB分支线电桥和波导-微带过渡结构具体设计了末级放大器模块和前级驱动放大器模块;最后在调试好前级驱动放大器模块与末级放大器模块之后,根据整机小信号增益曲线设计了一款微带增益均衡器,均衡量大于10dB。将整机增益平坦度由±7.3dB改善到±2.1dB。最终测试得到:本文研制的固态功率放大器在10.5GHz~13.5GHz工作频段内输出功率大于860W,增益大于67dB,增益平坦度小于等于±2.1dB,具有较大的应用价值。