陈会林[1]2011年在《8mm波导空间固态高功率合成技术研究》文中研究说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%。
林野[2]2007年在《Ka频段固态功率合成技术研究》文中研究说明在微波应用系统中，发射机系统功率的大小决定了整个系统的作用距离和抗干扰能力，高功率放大器便是发射机系统中必不可少的关键部分。在毫米波频段，直流转换效率较低，单个固态器件的输出功率极为有限，要使固态功率放大器能够达到需要的输出功率电平以部分取代行波管器件，采用功率合成技术就成为了一种有效且必要的方法。本文在研究了大量国内外功率合成相关技术文章的基础上，立足于国内实际工艺水平，设计制作了基于波导内空间功率合成技术的Ka频段固态功率放大器。主要工作如下：(1)在研究和对比了多种功率合成技术的特点后，选择了波导基内的4路空间功率合成作为固态功率放大器中关键的功率合成放大级的实现方案。(2)分析了功率分配-合成结构的相关工作原理，设计了Ka频段2×2路双对极鳍线功率分配-合成结构并利用CST Microwave Studio软件进行建模和优化。最后对该结构进行实测，在30～40GHz频带范围内背对背插入损耗小于1.5dB，回波损耗优于10dB。另外设计了Ka频段波导-微带线的对极鳍线过渡结构，用于功率驱动放大级中。(3)采用了一种全新的导热材料替代常规的可伐材料作为MMIC功率单片的载体。利用有限元分析软件ANSYS进行相应的热仿真和优化，确定载体的物理尺寸，极大的改善了MMIC和铝质腔体之间的热传导性能，基本解决了固态功放散热这一难点问题。(4)研制了Ka频段固态功率放大器，在设计的33～37GHz工作频带内，获得了最大10.33W(40.14dBm)的饱和输出功率，其中在34～35GHz接近1GHz的带宽范围内，输出功率在10W(40dBm)左右；估算最大合成效率达到85％。(5)展望了该固态功率放大器良好的工程应用前景，并提出了以此结构作为基础单元进行更大规模功率合成的进一步研究方向。
沈川[3]2010年在《毫米波高功率合成放大技术研究》文中指出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%。
陈昌明[4]2006年在《毫米波固态功率合成技术研究》文中进行了进一步梳理高功率放大器是微波和毫米波频段发射机必不可少的关键部件。特别是在毫米波频段,鉴于单个单片集成电路可能提供的功率有限,要提高系统的输出功率就需要采用功率合成技术。为此,宽带并具有良好散热特性的高功率合成器的研制就成为毫米波发射系统的基本问题。本文在分析和研究各种固态功率合成技术的基础上,采用波导基的空间功率合成器结构方案,立足于国内的装配工艺,对毫米波功率合成电路作了探索性研究。主要内容为:1.研究和对比了各种固态功率合成技术的特点,详细地分析了波导基空间功率合成器的工作原理,提出了一种基于双对极鳍线-微带过渡的2×2路毫米波功率合成器结构,借助叁维场仿真软件CST对该无源网络进行了优化设计。在整个Ka频段内实测的背对背插损均小于1.0dB,回波损耗优于10.0dB。2.设计了Ka频段鳍线-微带的过渡,并将其运用于功率驱动级放大器之中。在驱动级放大器的工作频率范围内实测的功率增益不平坦度小于1.18dB,获得的最大输出功率(1.37W)带宽优于1.5GHz。3.研制了Ka频段5W功率合成放大器,设计了紧凑的偏置电路和MMICs功率单片的电源保护电路。该功率合成放大器在低于MMICs功率单片额定工作值的情况下获得了1.7 GHz带宽的最大饱和输出功率5.94W(连续波);整个带内合成效率估计平均为82%,最大合成效率达87%,功率相加效率(PAE)约为13.6%;若电源达到MMICs单片的额定值,估计最大输出射频功率将会达到7W。4.通过采用特殊的高导热材料,利用ANSYS软件构建了功放的热模型,进行了热仿真和优化设计。在放大器自然散热的情况下,最终达到热平衡状态的腔体外壳温度为55℃,此时测试的最大输出功率几近维持在5.7W,显示出了该放大器良好的散热特性。5.展望了该功率合成器在毫米波系统中的良好应用前景以及这些技术将有可能在未来的毫米波领域起到极为关键的作用。
许欢[5]2014年在《空间功率合成的K波段线性固态功率放大器技术研究》文中研究说明随着毫米波技术在各种系统平台中的广泛应用,毫米波系统对大功率固态发射机的需求日益迫切。毫米波功率放大器(Power Amplifier, PA)具有于体积小、重量轻、电源电压低、寿命长等优点,这使其在雷达、通信和电子对抗等微波毫米波系统中得到广泛应用。但是单个固态功率器件输出功率达不到要求,严重制约了毫米波发射系统的发展。为了获得大功率输出,就需要采用功率合成技术。而为了提高功放的线性度和效率,线性化技术也应运而生。本课题重点研究基于空间功率合成技术的K波段毫米波固态功率放大器,并结合线性化技术来提高功率放大器的线性度。作为技术验证,设计制作一款两路空间功率合成的放大器,其实测技术指标为：在25.5 GHz～26.5 GHz的频段内增益大于44 dB,输出功率大于4.48 W (36.5 dBm),叁阶交调抑制优于16 dBc,功率合成网络在无源状态下测得的合成效率高于96%,在-40℃～85℃工作温度范围内有较好的性能一致性。课题从设计指标入手,对总体指标进行了分解和细化；制定了功率放大器的总体方案。课题首先研究了空间功率合成和线性化技术的基本原理和常见手段,分析了影响合成效率的主要因素。通过计算机建模与仿真研究了波导T型节、分支波导3 dB功分器两种代表性的空间功率合成结构以及单探针、双探针两种代表性的波导-微带的相互过渡结构以及影响这些结构性能的主要因素。通过仿真对多路功率分配-合成网络进行了深入探索且实测验证性能优异。本文对多路合成功放中的电源设计、分配和保护进行了细致分析。为简化供电需求,使用外部+6 V单电源供电,通过功放内部的电源电路将其转换得到漏极、栅极所需的多路正负电压。同时为避免功放芯片因电源故障而损坏,设计了保护电路,当栅极未施加合适负压时漏极电源不会输出。为解决多路功放模块的大电流需求,降低电路损耗,设计了36 V到6V的DC/DC电源模块。本文还研究了温漂对功放性能的影响并提出了一种灵活的温度补偿方案。此外,文章对大功率功放及其电源的散热设计进行了较细致的研究,提出了一种可靠的散热方案。文章对线性化器的原理和结构做了细致的剖析,对其使用到的微带3 dB电桥、二极管非线性发生器等进行了建模、仿真和优化。本文还探索和总结了毫米波功放加工、制作和组装工艺方面的工程问题,并给出了相关的工艺文件示例。最后,文章结合课题研究成果总结了毫米波功率放大器的调试与测试方法,给出了功放的无源／有源S参数、小信号／大信号增益、输出功率与叁阶交调测试等在内的测试方法与实测结果。
贺晨阳[6]2016年在《基于间隙波导的V波段功率合成放大器的研究》文中提出毫米波固态功率放大器是毫米波发射机系统中的重要部件,为了追求固态功率放大器的小型化、高功率和宽带特性,本文在大量调研V波段功率合成技术及脊间隙波导技术的基础上,结合二者的优势,探索性地提出了一种基于脊间隙波导的V波段功率合成放大器方案,该方案具有低损耗、宽带、小型化和散热良好的特点。本文首先详细介绍了 EBG结构与脊间隙波导的理论基础,分析比较了 EBG结构与电磁软硬表面的异同,并在HFSS中分别用直接传输线法和色散图法分析与验证了销钉型EBG结构的带隙特性。其次探索性地提出了一种新型脊间隙波导-矩形波导转换结构,该结构适用于V波段全频带,仿真结果表明,在51GHz-82GHz,S11低于-20dB,相对带宽达到46.6%。同时设计了一种V波段脊间隙波导-微带转换结构,仿真结果表明,在50GHz-75GHz,S11低于-20dB,相对带宽40%。然后加工并测试了单路背靠背无源结构和单路放大器,测试结果验证了两种转换结构方案的可行性。接着分析比较了 V波段微带线功分器、波导分支电桥和脊间隙波导功分器,重点设计了V波段脊间隙波导1分2功分器和1分4功分器。仿真结果表明,脊间隙波导1分2功分器在整个V波段,S11在-20dB以下。1分4功分器在51GHz-68GHz,S11低于-20dB。然后加工并测试了 2路功率分配合成网络,测试结果验证了脊间隙波导功分器方案的可行性。最后在偏置电路优化设计、介质基片和功率芯片选型的基础上,对V波段脊间隙波导4路功率合成放大器进行了设计、仿真与性能预测。其中4路功率分配合成网络的仿真结果表明,在53GHz-65GHz,S11低于-15dB,损耗在0.29dB以内。同时设计了放大器的腔体结构并对放大器进行了热仿真计算,结果验证了该方案良好的散热性能。本文对脊间隙波导在功率放大器上的应用进行了探索性研究,对脊间隙波导在有源器件上的应用具有积极的借鉴意义。
苏卓楠[7]2010年在《毫米波固态功率合成技术研究》文中指出在毫米波通信系统中,系统发射功率提高就意味着具有更好的通信质量、更强的抗干扰能力、更远的作用半径等优势。由于单个芯片提供的输出功率有限,需要采用功率合成技术可以有效的提高毫米波固态系统的功率。本文主要针对毫米波功率合成放大器进行了研究、设计、制作和测试。对影响功率合成放大器合成效率的主要因素进行了讨论,重点分析了功率放大器的非线性特性,介绍了多种改善功放非线性特性的方法。同时分析了一种基于波导H面的宽带功率合成网络,在29.5GHz-37GHz内,功分网络两路幅度不平衡度小于0.4dB,并且输入端的回波损耗小于-19.5dB。设计低损耗、幅度不平衡度较小、相位一致性好的功率合成网络是毫米波功率放大器研制的关键,本文针对10W和20W功率合成放大器的研制,重点研究了四种功率合成结构,经过对比研究和分析,10W功率合成网络采用波导-微带探针3dB电桥实现两路功率合成,20W功率合成网络采用分支波导定向耦合器与波导-探针双探针相结合结构实现四路功率合成。这两种结构可以有效的解决在有限空间内放置多个器件的问题以及幅度、相位的平衡度问题,并且在功率器件的电路集成中,具有低损耗集成、散热性能好、结构紧凑等优势。最后,本文研制出的10W功率合成放大器在29-31GHz频段内1dB压缩点输出功率大于11W;具有±2.7dB的增益不平坦度;合成效率大于84%;在总输出功率为1dB压缩点输出功率回退3dB时,测得叁阶互调抑制度大于17dBc,在30.2GHz时,测得最大叁阶交调抑制度为20.7dBc。研制出的20W功率合成放大器在29.4-31GHz频段内1dB压缩点输出功率大于21.8W;具有±2.2dB的增益不平坦度;合成效率大于83%;在总输出功率为1dB压缩点输出功率回退3dB时,测得叁阶互调抑制度大于17dBc,在31GHz时,测得最大叁阶交调抑制度为19.8dBc。结果表明,本文的功率合成方案完全可行,高效率的两路和四路功率合成的实现为多级合成的更大输出功率打下了坚实的基础。
孔祥丽[8]2015年在《Ka波段高功率合成放大技术的研究》文中研究指明随着时代的发展和科技的进步,电子技术已经深入到人们生活的方方面面。无论是手机通信、WIFI网络,还是军用雷达、定位导航都是由电子技术作为基础的,而其中作为前端发射设备的射频功率放大器在整个系统中起着至关重要的作用。在毫米波波段,其发射设备中一个不可或缺的关键部分就是功放结构。由于现在市面上的微波集成电路的输出功率有限,所以想要在使用这些低功率输出的微波集成电路的前提下,功率合成技术是提高输出功率的最佳方案。因此,简单高效的毫米波功率合成技术就成为了固态频率发射技术研究的重中之重。本文研究并设计了一种将波导内托盘结构和T型结构相结合的新型功率合成结构。这种新型的功率合成结构在波导内部使用双对极鳍线过渡,通过托盘结构和T型结构相结合,更好的利用了波导内有限的空间,较之传统的功率合成结构能够在同样大小的波导内腔内放置更多的器件,以此提高功率放大的效率。于此同时,也解决了信号功分-合成时的幅度、相位一致性问题。微带-波导过渡结构通过对腔体结构和介质基片的设计,对高增益所产生的自激起到了很好的抑制作用,并且使其具有十分良好的散热性。最后使用Computer Simulation Technology叁维场仿真软件对该结构进行了仿真,仿真结果表明该空间功率分配合成结构具有宽带、较小的插入损耗等特性,可以应用于高频段空间功率分配-合成放大器的设计中。本文还针对制作过程中会遇到的问题做出了总结,并介绍了检测实物性能的方法。最终在34.4GHz±200MHz频段内,输入功率为15dBm±3dBm,实现了Ka波段20W高功率放大器件的研究设计。
刘途远[9]2013年在《基于波导电桥Ka波段功率合成研究》文中指出毫米波功率源，作为当前毫米波电路系统的核心组件，随着毫米波技术的深化发展和广阔应用，对其功率的输出提出了越来越高的要求。因为，更大的功率输出就意味着系统有更大的作用半径和更强的抗干扰能力，这无疑是毫米波系统，特别是军用毫米波系统所需要的。因此，毫米波功率源越来越受到国际国内业界人士的研究和关注。毫米波频段，虽然电真空器件的输出功率已经较高，能够满足大部分工程应用系统的功率需求，但面对现今工程应用系统普遍小型化的发展趋势，电真空器件的应用又不可避免地受到一定的限制。而单个固态MMIC芯片的输出功率又往往无法达到工程应用的需要。为了解决这一矛盾，就需要采用固态功率合成的方法，将多个相干固态功率器件的进行组合迭加，然后获得更大的功率输出。本文在研究现下国际国内各种功率合成技术的基础上，结合现有的加工工艺水平，设计了一种基于波导窄边裂缝耦合的结构紧凑、体积小、易于加工实现、合成效率较高的四路功率合成器。文章首先对毫米波功率放大器进行了理论分析，对其中需要用到的波导-微带转换结构以及整个腔体结构使用电磁仿真软件Ansoft HFSS进行了建模仿真优化，接着对几种影响功放性能的关键性毫米波工艺进行了介绍分析，最后在此基础上制作出31-36GHz频带内的驱动功率放大器，在31-36GHz的频带内饱和输出功率在30dBm以上。文章其次对波导H面缝隙耦合结构和四端口分配/合成网络进行了理论分析和建模仿真优化，然后制作出了31-36GHz频段、长宽高尺寸为110mm70mm28mm的四路固态功率合成放大器，测试结果显示，在32.5GHz-36GHz的频带内输出功率大于5W，在31-36GHz的频带范围内，平均合成效率达到了76.8%，实现了设计目标，较好地验证了所设计电路结构的可行性，为以后设计更多路数的功率合成器做了前期的技术准备。由于本文所设计的合成电路结构的亮点主要在于易于加工和体积小等实用性方面，所以选用教研室已有的TriQuint公司饱和功率输出为2W的中功率MMIC芯片TGA1141进行驱动功放和最终四路功率合成器的研制。
叶韬[10]2012年在《毫米波固态功率合成技术研究》文中提出随着毫米波技术应用领域的扩大,对毫米波发射机的功率要求也在不断提高。毫米波功率放大器是设计毫米波发射机必不可少的关键部分,但由于单个固态放大器的输出功率有限,因此需要采用功率合成技术对多个固态功放进行功率合成才能满足应用需求。本文在深入研究了3dB定向耦合器、波导魔T、波导T型结等功分器的基础上,提出了一种中心H面上加载电阻膜片的新型波导E-T结,该E-T结具有高隔离度和叁端口同时匹配的特点。以此E-T结为基本单元设计了一个二级二进制树形功率分配/合成网络。在该功率分配/合成网络的基础上利用NC1188C-3436(输出功率大于1W)大功率MMIC芯片研制了一个四路功率合成放大器：将一个MMIC单片单独做在一个波导-微带过渡腔体里面形成一个功放模块,使每个MMIC单片具有单独的散热空间,然后再将四个单独的功放模块并排安放在功率分配/合成网络上来完成功率合成放大器的制作。按上述方法制作的四路功率合成放大器具有安装方便、可维护性高和散热性好的特点。经测试,所制作的四路固态功率合成放大器在34GHz-36GHz的工作频段内饱和输出功率大于35dBm,合成效率大于80%；在35GHz处,可获得最大饱和输出功率36.08dBm(4.06W);在35.2GHz处,可获得最大合成效率94.4%。
参考文献：
[1]. 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
[2]. Ka频段固态功率合成技术研究[D]. 林野. 电子科技大学. 2007
[3]. 毫米波高功率合成放大技术研究[D]. 沈川. 电子科技大学. 2010
[4]. 毫米波固态功率合成技术研究[D]. 陈昌明. 电子科技大学. 2006
[5]. 空间功率合成的K波段线性固态功率放大器技术研究[D]. 许欢. 电子科技大学. 2014
[6]. 基于间隙波导的V波段功率合成放大器的研究[D]. 贺晨阳. 南京理工大学. 2016
[7]. 毫米波固态功率合成技术研究[D]. 苏卓楠. 电子科技大学. 2010
[8]. Ka波段高功率合成放大技术的研究[D]. 孔祥丽. 西安工业大学. 2015
[9]. 基于波导电桥Ka波段功率合成研究[D]. 刘途远. 电子科技大学. 2013
[10]. 毫米波固态功率合成技术研究[D]. 叶韬. 电子科技大学. 2012
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