KA波段功率合成放大器研究

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1、摘要摘要本论文对毫米波功率合成放大技术进行了较为全而的研究设计制作了空间功率分配合成网络和电路级功率合成放大器。本论文首先详细介绍了目前应用较为广泛的功率合成方式包扌舌电路级合成、准光学空间功率合成、开槽波导空间功率合成和波导内空间功率合成。详细阐述了其理论基础。结合各种功率合成放大器工作原理阐述了其特点。结合本课题要求重点介绍了开槽波导空间功率合成方式。首次提出采用裂缝开槽插入微带探针以实现能量耦合。并对微带探针结构进行改进使得对相位和幅度的优化相互不影响克服了传统微带探针的缺点。很大程度上拓展了带宽。实测结果表

2、明经过改进的功率分配合成网络在到范围内损耗小于回波损耗优于。木论文同吋详细分析了波段功率分配器包括混合环、支线耦合器、电桥和微带双探针功分器。并对传统的电桥进行了改进得到的电路结构更加简单性能更好。在现冇工艺水平基础上结合波导一微带转换制作出了两路电路级功率合成放大器。无源网络损耗小于回波损耗优于。第一级放大器采用以驱动通过功率分配器将信号分为两路以驱动两路功率放大器。最后获得了连续波功率输出。合成效率达到以上取得了良好结果。关键词功率合成、空间功率合成、放大器、毫米波卜?独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在

3、导师指导下进行的研究作及取得的研究成果。据我所知除了文小特别加以标注和致谢的地方外论文小不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证帖而使用过的材料。与我一同工作的同志对木研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并农示谢意。签名日期〃佛炉•月聊F1关于论文使用授权的说明褓密星耋露享劣麟守鬟名符缎铭穆谬鬻篡多荔嚣第一章引言第一章引言毫米波功率合成放人器研究意义毫米波是介于微波和光波Z间非常重要的频段。随着电子技术的发展各种毫米波系统广泛应用于通讯、雷达、无线电测量、遥感

4、、制导和无线电天文学等领域…。和对于微波系统毫米波系统工作波长短设备体积小重量轻频带宽容量大。易做到图象、数字兼容数模兼容。经过数十年无线电技术的发展微波频段已经拥挤不堪。另外相对于红外与光波系统毫米波系统具有对烟尘、云雾具有更强的穿透性适合于全天候工作。作为毫米波发射系统的关键部件——功率放大器其输出功率大小直接决定了发射机作用距离、抗于扰能力及通信质量。电真空器件能提供很大的输出功率但是电真空器件体积大制作困难供电电压高。毫米波固态功率放大器具有体积小、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

5、抗系统中得到广泛应用。然而固态功率器件输出功率冇限严重制约了毫米波发射系统发展。为了获得大功率输出则需要采用功率合成的方式使多个放大器并行输出以提高输出能力“。在微波单片集成电路屮通常采用电路级合成。合成网络通常采用电桥作为合成单元。比如公司的大功率单片全部采用了电桥取得了良好效果。为了获得较宽的频带特性也采用电桥作为功率合成网络但是应用较少。在微波混合集成电路屮微波频段的功率合成放大器经过几十年的发展到现在技术已经非常成熟。提出了各尊中电路合成方式如采用基于电桥的“大树型功率合成、采用混合环、电桥的两路功率合成微

6、带线在毫米波频段损耗大电路合成不可避免的微带线损耗使得台成效率很低。故毫米波段采用更多的是空间功率合成如准光学空间功率合成、开椚波导空间功率合成及波导内空间功率合成““州“。国内外发展动态电子科技大学硕学位畚暮撩撞iiB?aid=Hsogousnap0_30M＞合成放人器是H前为了提高放人器输出能力而采用的一种放大器形式是目前国际上的一个研究热点。国外学者提出了很多种具体实现方式。国外发展动态毫米波功率合成放大器口前几乎全部采用了空间功率合成的方式【【】㈣。空问功率合成放大器乂分为准光学空间功率合成放大器、波导内空

7、间功率合成放大器和开槽波导空间功率合成放大器准光学空间功率合成是在年由提dr“。采用两个锥形介质天线将信号输入谐振腔信号在谐振腔屮形成振荡并用一路锥形介质天线将信号耦合输出实现功率合成。谐振腔出两个表面高度抛光的反射面组成。在处实现了合成效率。此方法经过一系列发展后在年提出的结构实现了最大功率输岀。结构如图卜所示"图卜准光学空间功率合成实例实现技术指标达到瓦连续波功率输出一带宽为合成效率。波导内空间功率合成是于年由提出。二沿波导宽边将波导分成个碟片。采用了x个单片作为放大单元。个碟片均采用波导一鳍线过渡并在微带线中

8、实现放大。同样采用鳍线一波导过渡实现信号输出。其中的渐变天线采用余弦函数曲线做成。实现的技术指标合成效率增益波动小于瓦最大功率输出。同时文献屮也指岀由于没有良好散热放大单元温度达到°C。这导致增益下降。此功率合成方式应用在频段功率合成放大器是于年提出的。此结构如图一所示。’‘采用个碟片每片包含路放人单元。通过突岀的锥形介质基片以获得良好阻抗匹配。采用波导一微