【摘要】：毫米波技術經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)在雷達、制導、通信、成像、測量等領域得到了廣泛應用。功率放大器是毫米波系統(tǒng)的重要部件,但是單器件的功率輸出能力隨工作頻率升高會迅速降低,為滿足系統(tǒng)要求,需成倍提升功率輸出能力。另一方面,工作頻率的提升對于毫米波系統(tǒng)意味著更好的精度、更大的數(shù)據(jù)帶寬和更快的傳輸速率。因此,開發(fā)毫米波高端頻段甚至太赫茲頻段的功率合成技術是當前的研究熱點,對開發(fā)新的系統(tǒng)應用、實現(xiàn)更好的系統(tǒng)性能有著重要意義。本課題基于波導空間功率合成技術,提出了W波段新型徑向功率合成技術,具體如下:針對傳統(tǒng)徑向功率合成技術中圓波導TE_(01)模階次太高的缺陷,提出了選擇了扇形波導TE_(01)模作為圓波導TE_(01)模的降階模式。通過選擇恰當?shù)纳冉强梢越档蜕刃尾▽?nèi)TE_(01)模的階次,減少傳輸TE_(01)模時所需要抑制模式的數(shù)量。根據(jù)扇角的不同,提出了不同的模式轉換器模型,并采用扇角為180度的扇形波導設計了一款徑向功率合成器,該合成器具有結構不對稱,傳輸模式沿圓周對稱的特點。仿真結果表明:在87~98GHz的頻帶內(nèi),該合成器的回波損耗優(yōu)于19dB,合成器的插損小于0.25dB,合成效率大于94%。最后對180度扇形波導徑向功率合成器進行了加工,測試結果表明,該合成器的合成效率為85%。在圓波導中,創(chuàng)新性的使用圓極化TE_(11)模這一時間對稱模,作為波導內(nèi)傳輸模式。利用矢量網(wǎng)絡分析方法,確定了激勵圓極化TE_(11)模的條件,并新設計了矩形波導TE_(10)模到圓波導TE_(11)模的平衡式模式轉換器,并進一步分析了該模式轉換器對雜模的抑制情況;接下來則提出并設計了基于圓波導TE_(11)模徑向功率合成器,在87~98GHz的頻帶內(nèi),分別設計了7路和14的功率合成器,仿真結果表明:14路徑向功率合成器的回波損耗優(yōu)于27dB,插入損耗小于0.4dB,合成效率大于91%;7路徑向功率合成器的回波損耗優(yōu)于30dB,插入損耗小于0.2dB,合成效率大于95%。最后對14路合成器進行了實物的加工測試,測試結果表明:14路圓波導TE_(11)模徑向功率合成器的回波損耗大于16dB,整體合成效率為84%,在最優(yōu)處,合成效率可達87.6%。
【圖文】：

圖 1-1 W 波段 16 路徑向功率合成示意圖[3]在 2000 年的時候，D.L. Ingram,Y.C.Chen, I.Stones,D.Yamauchi 等學者設計了一個 W 波段 8 路固態(tài)微波高功率源。該功率源采用 3 級 2 進制功分器，且一分二功分器采用的是波導魔 T 結構（如圖 1-2），最終，W 波段的測試結果顯示：8 路合成器的傳輸損耗優(yōu)于 1dB，輸出功率大于 2.2W[4]。

圖 1-3 32 路二進制樹型功率合成網(wǎng)絡[5]而在 2010 年，由美國 Quint star 公司和 RHL 實驗室聯(lián)合制作了 94GHz 到98.5GHz 的典型性輸出功率 4W，在 95GHZ 最大輸出功率達到 5.2W 的 W 波段功率合成器[6]。驅動級用四路合成，隨后連接共軸 1 分 12 路徑向結構（如圖 1-4）。該合成器利用同軸進行分配，，使輸出端口等幅同相，但在毫米波頻率高端，同軸內(nèi)徑很小，對加工裝配的要求極高。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN73

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本文編號：2680398