黄振海[1]2003年在《8mm放大技术及功率合成》文中研究表明毫米波以其独特的优点在电子系统中能得到广泛的应用，并能产生特殊的效能。但是，目前毫米波功率资源仍是制约毫米波技术在应用系统中的关键性瓶颈问题。基于此，开发体积小、重量轻、可靠性高的毫米波固态功率源技术成为当今毫米波领域研究的重点和主要发展方向。本文结合“十五”军事电子预研课题，实现了一种基于毫米波MMIC功率放大芯片的毫米波功率放大器的研制，以及在此基础上的混合集成高效平面结构的功率合成技术的研究，以进一步提高功率。其中，在毫米波功率放大技术中，着重解决了因芯片体积小而产生的设计加工难度较大的问题，突破Ka波段高效固态电路设计和结构工艺设计等关键技术，实现了毫米波功率放大器的制作。通过测试，制作的八毫米功率放大器输出功率达到25.6dBm，功率增益11.5dB，功率附加效率13.1%，达到了设计要求。在功率合成中，着重解决了提高合成效率关键因素的低损耗3-dB电桥，并且，通过仿真分析了影响合成效率的主要因素。本课题设计的低损耗3-dB电桥不同于一般常用的Wilkinson电桥，其特点除了损耗低外，无需阻性材料，且制作工艺简单，可以在常用的软基片上做出高性能的功率分配、合成网络。经测试，两路功率合成在35GHz输出饱和功率达到28.4dBm，功率增益9dB，合成效率高于80%。实验证明，两路功率合成基本上达到了设计要求，但还有诸多问题有待研究和解决，若进一步提高制作工艺，改进电路结构，合成效率有望进一步提高。高效率的两路功率合成的实现将为多级合成打下坚实的基础。
江文超[2]2013年在《8mm波段径向波导功率合成放大技术研究》文中进行了进一步梳理本文以功率合成放大理论为基础,结合实际项目的需要,针对8mm波段的功率合成放大技术进行了应用研究。通过分析对比目前国内外功率合成的相关应用,采用非谐振式N路功率合成方法来设计8mm波段径向波导八路功率合成放大器。主要工作如下：(1)在分析对比目前应用的功率合成方法与技术的基础上,采用径向波导-矩形波导-微带探针结构作为基本模型构建功率合成放大器。(2)系统设计了功率合成放大器各组成模块,并利用Ansoft HFSS仿真设计软件进行了仿真分析和优化设计。矩形波导-同轴转换结构采用同轴探针形式,在32.8-36.4GHz频率范围内,回波损耗低于-30dB,插入损耗小于0.05dB。从同轴探针耦合出的毫米波信号,经由径向波导与矩形波导混合构成的功率分配结构,通过八路矩形波导分支平分成八路信号,径向波导功率分配／合成器在33.2-36.9GHz回波损耗低于-20dB。在八路矩形波导分支外围,采用矩形波导-微带探针转换结构,通过精心的设计,在30-40GHz频率范围内全频段带内矩形波导-微带探针转换结构回波损耗低于-25dB,插入损耗小于0.049dB,驻波比在1.14以下；在32-37GHz范围内插入损耗小于0.033dB,且较为平稳,驻波比在1.04以下。输入输出端采用直角弯波导将信号通道与主体结构中的信号传输方向保持一致,使器件的使用更加方便。通过互相对称的功率分配/合成网络结构,充分发挥了非谐振式N路功率合成方法的优势,设计出低损耗的功率合成结构。(3)针对所用芯片HMC283,研究了其直流供电方案及芯片的装配问题。讨论了功率合成放大器的腔体设计及测试方案。通过对具体结构的研究设计与优化,得到的仿真结果表明：在33-35.6GHz频段范围内,整体功率分配／合成网络的插入损耗小于0.6dB,驻波比在1.25以下。数据指标能满足项目的需要,仿真结果验证了设计方案的可行性。
王芳[3]2005年在《Ka频段功率合成放大技术研究》文中认为本论文对Ka 频段功率合成放大技术进行了研究,主要包括电路仿真、设计、制作与测试。由于毫米波固态功率器件的输出功率有限,在单个功率器件输出功率受限的情况下,要提高其输出功率,采用功率合成技术是一种行之有效的解决问题的方法。制作毫米波低插损功率分配/合成网络是本课题的关键。本论文在对国内外毫米波固态功率合成放大技术全面分析的基础上,对毫米波频段常用的功率分配网络做了细致分析;并对拟采用的叁种电路结构形式:波导-微带双探针过渡、改进型Wilkinson 电桥、3dB 耦合环等进行了电路仿真、优化设计,加工实物和测试。最终得到在34～36GHz 频段内,叁端口网络波导-微带双探针过渡结构测试结果最好,该结构带内插损为0.5～1.5dB。同时,对可选用的放大芯片做了相应介绍和分析。最后,结合目前的工艺水平,采用波导-微带双探针过渡结构作为合成网络形式,采用HMC283 和TGA1141-EPU 作为放大单元,实现了Ka 频段功率合成放大器的设计、制作和测试。得到该Ka频段功率合成放大器在34～36GHz 频带内的输出功率最低为31.3dBm,最高为32.3dBm,平均合成效率为64%。并通过对所得结果的讨论,为进一步研究提出了建议。
赵伟[4]2014年在《8mm径向波导固态功率合成放大技术研究》文中研究说明在毫米波频段,全固态功率放大器因其高可靠性,低供电电压,易于实现轻量化和模块化的特点在越来越多的应用场合取代了传统的电真空器件。当单个芯片放大器输出功率不能满足要求时,采用功率合成放大技术是目前最有效的办法。为了克服传统二进制波导电桥结构在多级级联后合成效率下降的瓶颈,本课题采用径向波导空间功率合成的方法来实现多路高功率放大技术的突破。本文针对一般性的功率合成放大器,采用合成网络参数化的方法分析了功率合成放大器的工作状态,讨论了合成放大器连带失效性的问题,推导了电路损耗和幅相的不一致性对合成效率的影响,阐述了径向波导功率合成技术的原理,以此为基础设计了两种8mm频段径向波导功率合成网络。依据同轴主模轴对称的特点,设计制作了同轴激励八路径向功率合成网络。实测结果表明,在29GHz-31GHz频带内,背靠背网络插入损耗约为2.7dB。基于圆波导第五高次模圆对称的特点,设计仿真了圆波导激励十六路功率分配网络,利用模式渐变的方法设计了marine型模式转换器。仿真结果表明该功率分配网络达到了宽频带低损耗的要求。基于同轴八路径向功率分配网络,采用模块化设计的思路,制作了8mm频段八路径向功率合成放大器。实测结果显示,在29GHz-31GHz频率范围内,饱和输出功率在30GHz处达到最大值31.72dBm,1dB压缩点输出功率在30GHz处达到最大值31.04dBm,最大合成效率在30GHz达到83%。此多路径向波导功率合成放大器的成功研制表明,基于直接一分多路空间功率合成思想的径向波导功率合成结构可以应用于多路高功率场合,是对多路功率合成技术的一次有效拓展与突破。由于国内鲜有此类径向结构的功率合成放大器的报道,所以此研究成果具有重要的研究与参考价值。
吴永伦[5]2013年在《8mm宽带功率合成放大技术研究》文中提出与电真空功率放大器相比，固态功放因供电电压低、重量轻、可靠性高、易于模块化及小型化等优势，在毫米波功率合成中被广泛采用。但往往单个MMIC芯片放大器在宽带应用时功率输出不足，为了解决该难题，宽带功率合成放大技术被寄予厚望，8mm全频带功率合成放大技术具有重要的理论研究和工程应用价值。采用小反射理论的渐变微带传输线经验公式，将平面结构形式引入到了8mm全频带设计，实现了渐变线型Wilkinson功率分配器。测试结果表明：整个频带插入损耗0.2~0.6dB；输出端口相位差小于8°，反射损耗大于12dB；在26.5~39GHz范围内，输入反射损耗大于10dB，输出端口隔离度优于15dB。基于阶梯阻抗变换理论，采用隔离电阻加载和波导-微带同侧双探针过渡形式，实现了Y型波导-微带四路功率合成器。测试结果显示：在整个8mm频带，不同分支上的输出端口隔离度大于15dB，整个背靠背结构插损约为1.2dB，呈现高隔离、低损耗、宽频带性能。基于Y型波导-微带四路功率合成器，实现了8mm全频段四路功率合成放大器，解决了单个MMIC宽带放大器功率输出不足的问题。测试结果表明：在27-31GHz，合成效率大于75%，在28GHz处实现最大饱和输出功率30.25dBm，在29GHz处有最大1dB压缩点输出功率29.9dBm，对应合成效率亦是最大，为82.6%。由于国内公开发表的文献中尚不见对于整个Ka频带的宽带功率合成放大器的报道，故该成果填补了Ka全频段W级功放的研究空白。
王明[6]2014年在《3mm固态功率合成放大技术研究》文中指出3mm频段单个固态功放输出功率普遍还处于毫瓦量级,实现该频段多路、高效、高输出的功率合成对系统应用具有战略价值,也是当前3mm频段研究的瓶颈之一。本文在3mm频段,利用金属波导低损耗的特性,针对合成结构、频带宽度、合成效率等方面,对多种功率合成网络进行较为深入的研究,主要工作如下:1.基于E面波导-微带探针理论,研制了3mm频段波导单探针结构,该结构安装方便、插损小、易于固态器件散热,适用于3mm频段宽带、大功率应用。实测结果显示:在75-103.5GHz范围,两个端口反射系数小于-20dB,插入损耗小于2.2dB,扣除线损则该过渡的插损仅为0.25dB。2.基于波导T型分支理论,分别对波导E面T型结、H面T型结、魔T进行了研究。并分别对3种电桥进行了设计研制,测试结果表明,叁种电桥有着良好的幅相一致性,端口驻波,结构简单易实现。3.基于波导分支电桥理论,对E面波导分支电桥进行设计、研制。实测结果表明:在85-100GHz,S11<-15dB,S21,S31约为-3.2到-3.4dB。对H面波导分支电桥进行研究,研制测试表明:在85-100GHz,输入端口反射系数小于-15dB,两输出端口信号幅度一致性良好,幅度差在0.32dB以内,电桥损耗在1dB以内。4.基于波导环形电桥理论,总结出3mm频段波导环形电桥的一般设计方法。对波导环形电桥进行仿真设计,研制。实测结果显示:在75-103GHz范围内,S11小于-15dB,S21,S31为-3.3dB到-3.4dB左右。该结构损耗小、频带宽、隔离度高、易于加工,适合作为3mm频段功率合成放大器。5.基于波导环形电桥合成网络,研制四路功率合成放大器,在88-92GHz范围内,该合成器最大输出功率高于1.8W,最大输出功率为2.203W@88.5GHz,在88.5-94GHz,范围内合成器的合成效率高于70%,最大合成效率为86.4%@91GHz。在此基础上研制了八路功率合成网络,测试结果显示:在85-100GHz范围内,该合成网络插入损耗约为4.2-4.5dB,扣除线损等影响,合成部分的损耗仅为2.4-2.7dB,相对应的合成效率约为73.3%-75.8%。
沈川[7]2010年在《毫米波高功率合成放大技术研究》文中进行了进一步梳理在微波毫米波系统中,发射机的作用半径主要取决于末级高功率放大器的输出功率大小,但是由于单片集成电路功率放大器的输出功率较低,毫米波频段更是如此。因此要使系统获得更大功率输出能力,势必采用功率合成技术。本文讨论了影响功率合成放大技术合成效率的主要因素,分析研究了多路功率合成放大技术的有效方法。采用波导内空间功率合成及电路级功率合成相结合的混合合成方法,利用基于高功放子模块的模块化思想研制高功率合成放大器,成功解决了高功率高合成效率的多路合成放大技术难题。使用分支波导双探针结构级联Wilkinson电桥的八路功率分配/合成网络研制高功放子模块,以此为放大单元,使用多级分支波导分配/合成网络进行高功率合成放大。采用奇偶模理论对分支波导耦合器进行理论分析;对波导-微带面对面双探针分配合成器进行场结构理论分析;采用奇偶模理论对Wilkinson分配合成器进行了理论分析,成功的将基于薄膜工艺的Wilkinson分配合成器应用于毫米波功率合成放大技术领域。采用8片TGA4517功率单片合成的高功放子模块的测试结果表明,从30.5GHz-36GHz的频段内,饱和输出功率均大于44dBm(25W),30-37.5GHz频段内,饱和输出功率均大于42.8dBm(18W),在32.5GHz频点获得最大饱和输出功率46.2dBm(41.7W),高功放子模块在31-37GHz频率范围的合成效率为79.4%-83.2%。研制了16路功率合成放大器,16路功率合成放大器无源测试结果表明,从31.5-37.2GHz频率范围内,输入输出端口的回波损耗大于15dB,分配/合成网络的插入损耗为2.2-3.1dB,而合成路径网络的损耗约为0.9-1.2dB,换算成合成效率为76%-81%。研制了32路功率合成放大器。32路功率合成放大器无源测试结果表明,从31.8-36.4GHz频率范围内,输入输出端口的回波损耗大于16dB,分配/合成网络的插入损耗为2.7-3.3dB,而合成路径网络的损耗约为1.2-1.5dB,换算成合成效率为71%-76%。
陈会林[8]2011年在《8mm波导空间固态高功率合成技术研究》文中研究表明随着固态器件在微波毫米波系统中越来越广泛的应用,对固态器件的输出功率提出了更高的要求,为了满足微波毫米波发射系统对大功率的要求,功率合成技术是目前提高系统输出功率的常用的,也是非常有效的方式。本文主要基于波导内空间功率合成方式对Ka波段毫米波固态高功率合成技术进行了研究,并且从功率合成网络的幅度相位不一致性等方面,对影响功率合成效率的主要因素进行了分析。采用奇偶模理论及等效电路的方法对常用的Wilkinson电桥等结构进行了理论分析。设计了基于rat-race矩形波导电桥的4路高增益功率合成放大器,在32GHz处增益达到最大为50.2dB;在30-37GHz频段,饱和功率为38.6-41.4dBm,合成效率大约为72.1%-95.1%。同时,设计了基于分支线波导电桥的8路高功率合成功放子模块,从30-36GHz的频段内,饱和输出功率均大于43dBm(20W),在32GHz频点获得最大饱和输出功率44.9dBm(30.9W),在32GHz和36GHz处合成效率达到最大92.7%。从而为Ka波段毫米波固态高功率合成技术的研究奠定了基础。最后,运用多级级联方式,采用电路级功率合成与波导内空间功率合成相结合的混合合成方法,利用8路高功率合成功放子模块研制出了32路高功率合成放大器,我们采用脉冲工作方式对该功率放大器进行了测试。在31-37GHz频率范围内,饱和输出功率为47.9-50.5dBm,在32GHz和34.5GHz处达到最大,输入脉冲信号占空比0.5%的情况下,最大饱和功率为50.5dBm;合成效率大约为76.7%-90.1%。
时文文[9]2016年在《波导微波功率合成放大器设计》文中认为功率合成技术一直是微波技术领域一个重要的研究方向,特别是近些年,随着空间通信技术的快速发展,对信号源输出功率的要求越来越高。工程中常用的功率器件有两种:一种是电真空器件,另一种是固态功率器件。电真空器件能够实现大功率输出,但是器件尺寸大,造价高,工作电压高,在实际应用中具有一定的局限性。固态功率器件尺寸小、重量轻、工作电压低、稳定性好,但单个固态功率器件的输出功率有限,不能满足实际工程应用的需求,工程上通常采用功率合成技术来解决这一问题。本文介绍了功率合成放大技术理论,设计了4款波导功率分配-合成网络,并选择其中一种结构设计实现了波导功率合成放大器。本文的主要内容有:1.介绍了功率合成放大器的基本结构和主要技术指标,对增益特性和合成效率进行了理论分析,并介绍了几种主要的功率合成技术;2.分析设计了4款波导功率分配-合成网络:波导行波功率分配-合成网络、阶梯波导行波功率分配-合成网络、基于波导E-T结的功率分配-合成网络、基于3dB同轴波导电桥的功率分配-合成网络;3.选取基于波导E-T结的功率分配-合成网络来加工实现功率合成放大器,功放电路采用HMC441LP3功放芯片,最终的测试结果表明:在8GHz-12GHz工作频带范围内,功率合成放大器的增益为11dB-12.2dB,带内增益平坦度约为?0.6 dB,饱和输出功率为22.9dBm-23.6dBm,功率合成效率为72%-77%。
刘子奕[10]2016年在《W波段功率合成技术研究》文中指出功率分配/合成器已成为现代雷达和通信发射系统中功率放大器不可或缺的关键元件,为了能够灵活地与MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit)功放进行芯片式级联匹配,实现芯片化集成、宽频带高功率输出,本文设计制作了W波段芯片化功率合成器,并进行测试分析,论文所做的主要内容及结果如下:本文阐述了W波段功率合成技术的发展与应用,对微带传输线、共面波导、波导的传输特性进行了详细介绍,重点对微带分支电桥、威尔金森功分器等无源器件进行仿真分析,同时研究了一些常用的过渡结构。研究了W波段功率合成的基本原理与典型的功率分配/合成框架结构,采用电磁仿真软件ADS、HFSS对W波段两路功率分配/合成系统进行了芯片化设计,研制出芯片式的石英介质威尔金森功分器、合成器,芯片尺寸:2.54×3.97mm,在片测试结果显示:在中心频率110GHz处,功率分配器和合成器对接后形成的无源网络的S21=-2.29dB、S11=-21.93dB,在107GHz~112GHz频带内回波损耗小于-15dB。根据MMIC功放芯片参数在ADS中建立的等效电路模型,将威尔金森功率分配/合成网络芯片与相应频段的两个MMIC功放芯片进行了级联、整体设计仿真与优化,并对两个MMIC功放芯片偏置电路中的电容、电阻进行了合理布局设计,首次在MoCu载体上实现了芯片化、集成化、小型化的W波段两路功率合成放大器,对设计研制的石英介质威尔金森功率分配/合成器芯片进行了实际应用验证,研制的W波段功率合成放大器尺寸为8.85×6.55mm,在95GHz实现了输出功率为300mW、合成效率为83.74%,在106GHz实现了输出功率为202mW、合成效率为78.33%。实际测试与仿真结果较为一致,证实了本文的设计的正确性和工艺技术的可行性。用同样思路设计了中心频率为95GHz的四路功率分配/合成网络,并且进行了建模仿真。本文研制的芯片化W波段功率分配/合成器可利用微电子工艺线进行批量加工生产及应用,具有加工精度高、体积小、成本低的优点,可应用于新一代小型化、高效能的毫米波雷达和通信系统。
参考文献：
[1]. 8mm放大技术及功率合成[D]. 黄振海. 电子科技大学. 2003
[2]. 8mm波段径向波导功率合成放大技术研究[D]. 江文超. 南京理工大学. 2013
[3]. Ka频段功率合成放大技术研究[D]. 王芳. 电子科技大学. 2005
[4]. 8mm径向波导固态功率合成放大技术研究[D]. 赵伟. 电子科技大学. 2014
[5]. 8mm宽带功率合成放大技术研究[D]. 吴永伦. 电子科技大学. 2013
[6]. 3mm固态功率合成放大技术研究[D]. 王明. 电子科技大学. 2014
[7]. 毫米波高功率合成放大技术研究[D]. 沈川. 电子科技大学. 2010
[8]. 8mm波导空间固态高功率合成技术研究[D]. 陈会林. 电子科技大学. 2011
[9]. 波导微波功率合成放大器设计[D]. 时文文. 南京航空航天大学. 2016
[10]. W波段功率合成技术研究[D]. 刘子奕. 兰州大学. 2016