微波毫米波平面类平面功率合成关键技术研究.docx

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1、微波毫米波平面/类平面功率合成关键技术研究自从功率合成技术的概念提出之后,经历了几十年的发展,各种功率合成网络结构被先后提出,主要有平面型、波导型和空间型等。平面型功率合成电路具有结构简单、成本低以及易与其他电路元件集成等优点,在微波毫米波通信系统中拥有广泛的应用空间。然而,由于多路(N≥4)功分器的隔离网络在平面/类平面结构中较难实现,以往研究中的平面/类平面型高隔离功分器的研究多限于二路或三路功分器,限制了它们在实际系统中的应用,因此,基于平面/类平面结构的多路高隔离功分器的研究对该领域具有十分重要的意义。本论文的主要研究工作包括以下几方

2、面:首先,分析了功率合成电路的技术参数,研究了参数影响的主要因素。根据合成网络的S矩阵,给出了影响合成效率的几个要素,并分别从幅度、相位、电路损耗和合成路数四个方面对三种不同功率合成网络的合成效率进行了详细的对比分析,给出了相应的合成效率理论公式。最后,根据上述分析,提出了功分/合成网络的设计原则。其次,研究了平面宽带/超宽带多路高隔离功分器。对功分器设计中几种常用的匹配网络的电路特性进行了对比分析。然后从几种高隔离功分器结构出发,对各类功分器的隔离网络的隔离特性进行了研究,并对比了三种隔离网络的优劣,提出了功分网络中隔离网络选择的理论依据。

3、根据宽带阻抗匹配和宽带隔离网络理论,设计了几种宽带/超宽带的平面多路高隔离功分器,为宽带/超宽带功分器的设计提供了设计思路。同时,分析了微带同轴过渡结构的匹配特性,为实现超宽带低损耗的微带同轴过渡提供了设计方法。第三,研究了基于双层基板的类平面多路高隔离功分器。首先基于共面波导到微带的电磁耦合过渡结构,研究了一种类平面四路高隔离功分器,并从其等效电路出发,采用电容补偿设计了两种改进型的类平面四路高隔离功分器,以改善输出驻波和输出端口间的隔离度。然后根据共面波导到微带的通孔过渡结构,研究了一种类平面四路高隔离功分器。利用共面波导到微带的通孔过渡

4、可以实现多路功分的特性,研究了一种采用环形隔离网络的类平面六路高隔离功分器。最后,采用双层基板研究了一种隔离网络与功分网络分别位于不同基板的宽带四路Gysel高隔离功分器,并分析了采用传输线与隔离电阻结合的隔离网络在拓展功分器工作带宽时的作用。第四,研究了宽带多路类平面波导功率合成电路。提出了一种新型的H面T型结结构,并基于该结构研究了W波段矩形波导宽带四路功分器,对互联线实现宽工作频带的原理进行了分析。同时,基于这种H面T型结,研究了一种Ka波段矩形波导Gysel宽带高隔离功分器。基于环形腔结构,采用阻抗渐变线和一级阶梯阻抗匹配器研制了一种

5、超宽带八路功分器。根据环形腔功分器电磁场工作模式特点,对环形腔进行平面化,提出了一种类平面矩形环腔结构;为了提高加工与装配容差特性,提出了一种新型的嵌入地波导探针结构。另外,分析了矩形同轴的电路特性,推导了其特征阻抗和第一高次模的计算公式。最后,采用矩形同轴和矩形环腔研究了一种宽带四路功率合成放大器。分析了其无源功率合成系统的合成效率,实现了具有高功率合成效率的宽带功率合成放大器。最后,对整篇论文的研究内容进行了总结,并对未来的工作进行了展望。