论文摘要
功率合成技术一直是微波/毫米波领域的一个重要研究方向。特别是最近几年,随着空间技术的迅猛发展,通信所需的发射功率越来越大,固态单管难以达到要求,往往需要采用功率合成技术。传统的平面电路合成方式具有插损大、可扩展路数不多等缺点,限制了合成功率的大小;最近国内外研究很多的空间功率合成技术克服了传统平面合成方式的缺点,具有较高的合成效率、强扩展性等优点,但是在散热上存在的不足使其较难在大功率的连续波和高占空比脉冲输出场合实现工程应用。本文在分析了众多国内外固态功率合成技术的基础上,采用了一种具有高合成效率、高增益、强扩展性、散热良好以及结构紧凑等特点的四路准电路合成方案。该方案的无源部分采用波导E面T型功分/合成器与波导E面—微带双探针过渡相结合的方式,并运用三维电磁场仿真软件HFSS在Ku频段对这种功分/合成网络进行了优化设计。实测结果表明,在13.8～14.8GHz频率范围内,无源合成效率高于89%,与仿真有较好的一致性;有源部分采用TGA2502-EPU与EID1416-12的两级放大结构,为了减小单路之间信号幅度、相位差对合成效率的影响,进行了功放单路调试,将四路输出功率差异控制在幅度±0.5dB,相位±5deg范围内。最终的合成功率放大器在13.8～14.8 GHz频率范围内,实现了总共约30dB增益,连续波输出最大P1dB功率达45W（46.5dBm）,带内波动±1dB,无源合成效率高于87%,以及最高达22%的附加效率（PAE）,与理论计算结果基本吻合。最后,对这个固态功率合成模块做了高温（最高到55℃）烤机实验,测试结果证明了散热结构的可靠性以及模块工作的稳定性,满足工程需要。此模块的各项指标均达到国际先进水平,可取代国外同类产品。为下一步更高功率及更大宽带功率合成模块的开发积累了宝贵的经验。