毫米波固态功率合成技术研究

论文摘要

当前毫米波电路系统中,毫米波功率源是毫米波发射系统的核心部件,随着频率升高,单个固态器件的功率输出就会迅速减少。特别是在毫米波频段,单个固态器件的可用输出功率往往不能满足工程系统的要求。因此,提高器件的输出功率电平,以获取这些器件在毫米波系统中的小尺寸、轻质量、高可靠性等诸多优点就成为当今毫米波系统发展的关键问题之一。通过组合若干个相干工作器件或通过叠加分离器件功率的办法就可明显增大可能获得的功率电平。本文通过深入研究当今国内外的各种合成方法,结合国内实际工艺水平,针对基于波导内毫米波空间功率合成技术中的空间狭小、散热困难的问题,设计了一种结构新颖的宽频带功率分配/合成网络,并制作出频率在32-38GHz的固态功率放大器,实测在30-40GHz频带范围,平均合成效率接近85%,最大合成效率达到90%,具有比较理想的效果。在设计合成网络的过程中,对于影响合成效率的关键问题如:波导功分电路结构、波导微带转换结构、有限空间内的散热等,通过理论分析,计算了其在功率合成中的影响,分别采用波导定向耦合器、H面双探针过渡、上下金属腔体散热的结构,对前述问题进行了有效解决。鉴于本文所采用的合成电路结构有一定的探索性,在实际电路设计中,选用相对价格较低,最大输出功率为23dBm的小功率放大器单片,采用此结构进行4路合成,得到了在6GHz的带宽内最大输出为28.5dBm的结果,验证了电路结构的可行性,为今后采用多器件、大功率合成做了技术准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的选题依据和研究意义
• 1.3 国内外毫米波固态功率合成技术的现状
• 1.4 毫米波固态功率合成技术的主要方法
• 1.4.1 芯片级合成
• 1.4.2 电路合成
• 1.4.3 空间功率合成和准光合成
• 1.4.4 其它功率合成方式
• 1.5 本论文的研究工作
• 第二章 功率合成放大器的方案
• 2.1 合成网络的选择
• 2.2 放大器的特性
• 2.3 放大器的选择
• 2.4 整体方案的可行性
• 第三章 E面缝隙波导定向耦合器
• 3.1 波导定向耦合器简介
• 3.2 E面缝隙波导定向耦合器
• 3.2.1 波导定向耦合器的理论分析
• 3.2.2 E面缝隙波导定向耦合器的设计
• 3.2.3 E面缝隙波导定向耦合器的仿真优化
• 3.3 E面缝隙波导定向耦合器的制作与测试
• 第四章 H面双探针波导-微带过渡
• 4.1 波导-微带的过渡形式
• 4.2 H面双探针波导-微带过渡
• 4.2.1 波导-微带过渡相关理论分析
• 4.2.2 波导-微带双探针过渡的设计
• 4.2.3 波导-微带双探针过渡的仿真和优化
• 4.3 H面双探针波导-微带过渡的制作和无源测试
• 第五章 固态功率合成放大器的实现和测试
• 5.1 固态功率放大器的热分析
• 5.2 固态功率合成网络
• 5.2.1 固态功率合成网络的合成效率分析
• 5.2.2 固态功率合成网络的设计
• 5.2.3 固态功率合成网络的仿真优化
• 5.2.4 固态功率合成网络的加工和测试
• 5.3 直流偏置电路的设计
• 5.4 固态功率合成放大器的装配
• 5.5 固态功率合成放大器的系统调测
• 5.6 固态功率合成放大器的测试结果分析
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果