中文引用格式： 趙鵬，李凱，胡順勇，等. Ka頻段小型化氣密寬帶功放組件研制[J]. 電子技術應用，2025，51(5)：82-86.
英文引用格式： Zhao Peng，Li Kai，Hu Shunyong，et al. Ka-band miniaturized airtight wideband power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：82-86.
引言
近年來，GaN功率器件在微波毫米波大功率領域的應用已成為研究熱點。根據2024年全球GaN功率放大器芯片市場分析，GaN技術憑借其高功率密度（可達GaAs的4~6倍）和高工作電壓（28~50 V），已占據高頻通信和衛星領域的主流地位，頭部企業如Qorvo、Wolfspeed的GaN產品在35 GHz頻段單芯片輸出功率突破15 W。然而，現有研究在Ka波段寬帶高功率合成與封裝集成方面仍存在挑戰。
首先是合成效率與體積矛盾，傳統GaAs方案需多級合成（如32片芯片合成120 W），導致損耗高達3 dB以上，且模塊體積超過200 mm×200 mm×50 mm[1]。其次氣密封裝技術瓶頸，波導-微帶轉換結構的氣密性設計長期受限，Ka波段背靠背探針結構雖實現40 dBm以上的輸出，但微帶暴露導致環境穩定性不足[2]。第三是寬帶匹配網絡復雜度，分布式放大器雖能覆蓋多倍頻程（如HMC994A覆蓋DC-30 GHz），但功率合成效率受限于50 Ω固定負載，難以適配Ka波段高阻抗需求[3]。
本文提出一種Ka頻段小型化氣密寬帶功放組件的研制方法。該組件通過兩級級聯架構（前級驅動+末級合成）和緊湊波導功分網絡構成，從以下創新點實現性能突破。
首先是采用16片GaN芯片（單芯片飽和功率12 W）通過微帶環形電橋與波導混合網絡合成，輸出功率達140 W，較同數量的GaAs芯片合成提升6倍以上，合成效率提升至92%（傳統GaAs方案為75%~85%）[2]。得益于GaN的高功率密度，合成規模縮減50%，整機尺寸（160 mm×160 mm×30 mm）較同類GaAs方案縮小40%[1]。
其次提出與波導合成網絡互聯的E面波導-同軸探針結構，通過軟釬焊工藝實現微帶氣密封裝（焊透率>95%），較背靠背結構回波損耗降低至-20 dB以下，插損<0.1 dB，且在25~31 GHz帶寬內功率穩定性提升15%[2]。同時該設計整機重量<1 kg，可適配星載平臺嚴苛環境（氣壓5~100 kPa，鹽霧濃度6 g/m3），較傳統行波管方案功耗降低30%。
本研究通過GaN芯片高密度合成、氣密寬帶匹配網絡及熱管理優化，在輸出功率、環境適應性及集成度方面顯著超越現有成果。該設計為Ka波段衛星通信與電子對抗系統提供了更優的固態功放解決方案。
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作者信息：
趙鵬，李凱，胡順勇，張能波
（中國電子科技集團公司第十研究所，四川 成都 610036）
