微波功率合成放大技术研究

论文摘要

在无线通讯信号发送设备中,为了保证足够远的传输距离,都要对传输信号进行足够的放大再由天线辐射出去。随着半导体工艺的不断发展,微波固态功率放大器的输出功率和频率都不断提高,但是功率仍然有限。所以需要对功率合成技术进行研究,把多个器件的输出功率组合到一起,以满足输出功率的要求。本文对多种功率合成技术进行了介绍,综合效率、输出功率、可行性、体积、重量等各方面因素后,决定采用平面电路功率合成技术,该功率合成放大器采用三级放大电路实现,在末级放大器位置使用Wilkinson和分支线耦合器两种功率合成网络,最后一级放大器采用GaAs放大器,利用ADS软件仿真了直流曲线来决定静态工作点,在做匹配时,同时采用负载牵引和源牵引来决定最佳输出输入阻抗,利用集总和分布参数元件结合的方法设计了匹配网络,最终利用谐波平衡法仿真得出了结果。又利用ADS分别设计了Wilkinson和分支线两种功率合成分配网络,然后用Ansoft Designer进行了更进一步的2.5D电磁仿真,最终测试较符合仿真的结果。最终的放大器装配在RO4003介质上,1dB压缩点输出功率大于42dBm,在300MHz带宽上增益大于45dB,获得了良好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 各种合成技术的简介
• 1.2.1 芯片级合成
• 1.2.2 电路合成
• 1.2.3 空间合成和准光合成
• 1.2.4 混合合成/多级合成
• 1.2.5 其他合成方式
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 微波功率放大器的理论分析
• 2.1 微波功率放大器的有源器件
• 2.1.1 结型晶体管
• 2.1.2 场效应晶体管
• 2.2 微波功率放大器的基本理论
• 2.2.1 双端口网络
• 2.2.2 网络匹配
• 2.3 微波功率放大器的主要技术指标
• 2.3.1 功率增益
• 2.3.2 输出功率
• 2.3.3 功率效率和功率附加效率
• 2.3.4 工作频带
• 2.3.5 稳定系数
• 2.3.6 交调失真
• 2.3.7 调幅-调相转换
• 2.3.8 谐波失真
• 2.3.9 输入输出驻波比
• 2.3.10 增益平坦度
• 2.3.11 寄生杂波
• 2.4 本章小结
• 第3章 功率分配器和定向耦合器
• 3.1 概述
• 3.2 三端口网络基础
• 3.3 Wilkinsin功率分配器
• 3.4 四端口网络基础
• 3.5 正交混合网络
• 3.6 本章小结
• 第4章 功率合成放大器的设计
• 4.1 设计任务
• 4.2 功率合成放大单元的选择及合成电路结构
• 4.2.1 前级功率放大器的选择
• 4.2.2 驱动级功率放大器的选择
• 4.2.3 末级功率放大器的设计
• 4.2.4 直流供电模块设计
• 4.3 功率分配/合成网络的设计
• 4.3.1 功率分配/合成网络的选择
• 4.3.2 介质基片的选择
• 4.3.3 功率分配/合成网络的设计，仿真及测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 功率合成放大器的测试
• 5.1 功率合成放大器的整体测试
• 5.1.1 直流供电模块测试
• 5.1.2 功率合成放大器的输出功率测试
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录
• 附录 A Wilkinsin功率分配/合成网络的测试曲线
• 附录 B 分支线耦合器功率分配/合成网络的测试曲线