八毫米电路功率合成技术研究

论文摘要

本论文研究了八毫米频段两路电路级功率合成放大技术。首先对影响功率合成效率的各种因素进行了讨论。然后,对3dB电桥、魔T以及三端口无耗网络功率分配/合成网络进行了理论分析,并运用三维电磁场仿真软件对这几种网络进行了场分析和比较。在此基础上,本论文制作了波导-微带双探针过渡结构功率分配/合成网络,并进行了测试。测试结果显示,该功率分配/合成网络具有频带宽、差损小以及回波损耗低的优点,在29～38GHz频段内,一个波导微带双探针过渡结构的损耗小于0.28dB,回波损耗小于-15dB。最后本论文采用该功率分配/合成网络,制作了八毫米频段电路级功率合成放大器,并进行了测试。由于在大功率放大器中放大单片的散热问题会对功率放大器的性能产生很大的影响,本论文还对该功率合成放大器进行了热分析,对功率合成放大器上稳态温度场分布进行了模拟和仿真。由于采用了合理的散热方式并且通过调试使其具有了很高的稳定性,该功率合成放大器能够在全温度范围（-40℃～70℃）稳定工作。经过测试,在-40℃时,该功率合成放大器在31～38GHz频段内1dB压缩点输出功率大于37.5dBm;在70℃时,该功率合成放大器在31～38GHz频段内1dB压缩点输出功率大于34dBm;在常温下,该功率合成放大器在31～38GHz频段内1dB压缩点输出功率大于36dBm;在31GHz处获得38.87dBm（7.71W）的最大饱和输出功率;在36GHz处获得最高功率合成效率约为92%。本论文还提出了一种三路功率分配/合成网络。该功率分配网络由一个9分支波导4.7dB定向耦合器和一个5分支波导3dB定向耦合器构成。通过三维电磁场的仿真分析发现该功率分配/合成网络不仅具有比较宽的工作频带,而且三条支路之间还具有良好的幅度和相位一致性以及很好的隔离特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国外和国内的发展态动
• 1.2.1 国外发展动态
• 1.2.2 国内发展动态
• 1.3 本课题研究内容
• 第二章 八毫米频段单路功率放大器研究
• 2.1 波导-微带探针过渡结构的研究
• 2.2 功率放大单片的选择
• 2.3 单路功率放大器的制作与测试
• 2.3.1 单路功率放大器无源网络的测试
• 2.3.2 单路功率放大器有源电路小信号增益测试
• 2.3.3 单路功率放大器1dB 压缩点输出功率测试
• 2.3.4 单路功率放大器饱和输出功率测试
• 第三章 八毫米频段功率合成放大技术研究
• 3.1 功率合成放大器的特性参数
• 3.1.1 稳定性
• 3.1.2 小信号增益
• 3.1.3 输出功率
• 3.1.4 三阶交调截取点输出功率
• 3.1.5 功率效率和功率附加效率
• 3.1.6 功率合成效率
• 3.2 功率合成放大器的分类
• 3.2.1 芯片级功率合成
• 3.2.2 电路级功率合成
• 3.2.3 空间功率合成
• 3.2.4 其他合成方式
• 3.3 功率合成放大器分析
• 3.4 两路功率分配/合成网络的研究
• 3.4.1 3dB 电桥功率分配/合成结构
• 3.4.2 魔T 功率分配/合成结构
• 3.4.3 三端口无耗网络功率分配/合成结构
• 3.5 两路功率分配/合成网络的选择
• 3.6 波导-微带双探针过渡功率分配/合成网络分析
• 3.7 功放单片的选择
• 3.8 功率合成放大器的可靠性设计
• 3.8.1 功率合成放大器的热设计
• 3.8.2 功率合成放大器的机械设计
• 3.9 功率合成放大器的测试
• 3.9.1 功率合成放大器在常温下的测试
• 3.9.2 功率合成放大器的可靠性测试
• 3.9.3 功率合成放大器功率合成效率的估算
• 3.10 与国内外同类型功率放大器的比较
• 第四章 一种三路功率分配/合成网络的研究
• 4.1 多分支波导定向耦合器的理论分析
• 4.2 分支波导定向耦合器的建模仿真
• 4.2.1 5 分支波导3dB 定向耦合器的建模仿真
• 4.2.2 9 分支波导4.7dB 定向耦合器的建模仿真
• 4.3 三路功率分配/合成网络的建模仿真
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果