【摘要】：X波段和W波段的微波毫米波有著十分重要的應(yīng)用,尤其是在雷達、導彈制導技術(shù)、電子對抗等領(lǐng)域。近幾年來,軍用通信系統(tǒng)和商用通信系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速,這對信號發(fā)射機的輸出功率提出了新的要求。功率放大器是發(fā)射機的核心器件,所以提升它的性能能夠有效提升發(fā)射功率。單個功率管或者MMIC固態(tài)放大器件的輸出功率往往有限,一般不能滿足實際的需求,這就需要使用功率合成技術(shù)來增大輸出功率。因此,對于X波段和W波段功率合成技術(shù)的研究十分重要,具有現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義。本文首先歸納了國內(nèi)外X波段和W波段功率合成技術(shù)的研究現(xiàn)狀;然后總結(jié)了功率合成技術(shù)的相關(guān)理論并對影響功率合成效率的關(guān)鍵因素進行分析。再對經(jīng)典的功率分配/合成結(jié)構(gòu)進行了概括、分析和仿真,主要有雙探針結(jié)構(gòu)、Wilkinson結(jié)構(gòu)、環(huán)形電橋結(jié)構(gòu)、T型結(jié)、波導分支電橋和徑向波導結(jié)構(gòu)。接著在此基礎(chǔ)上對一些結(jié)構(gòu)進行了改進和優(yōu)化,并設(shè)計了X波段和W波段功率合成放大器。在X波段采用環(huán)形電橋結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種兩路功率合成放大器。該放大器的前級放大電路有兩級。第一級集成在信號輸入模塊,放大部分為一功放單片;第二級由一個功放單片和一個內(nèi)匹配功率管級聯(lián)而成。兩級驅(qū)動電路的輸出功率達到47dBm,滿足了主級放大電路的需求。測試結(jié)果顯示,在9.0-9.54GHz頻段內(nèi),該功率合成放大器的輸出功率高于223W,整體效率大于25%。在W波段使用一種新型徑向波導合成結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種四路功率合成放大器。這是一種探索研究性的設(shè)計,它可拆解性強,并且能夠充分的分析和驗證功分器、功放模塊和微帶-波導過渡結(jié)構(gòu)的性能及影響性能的因素。測驗結(jié)果表明該四路功率分配/合成器在88-94GHz頻段內(nèi),S11低于-20dB;S21大于-6.5dB。該放大器在在90GHz處,輸出功率為3.7W,合成效率達到94.3%;在88-91GHz內(nèi),輸出功率大于3W,在91-94GHz內(nèi)輸出功率大于2.4W,而且合成效率在整個測試頻段內(nèi)都高于90%。接著,在四路功率合成放大器的基礎(chǔ)上進行拓展,研制出一款兩級十六路功率合成放大器。測試結(jié)果顯示,在88-94GHz的頻段內(nèi),它的輸出功率都高于5.5W,在89.5GHz處輸出最大達到10W。這些探索性的研究為W波段高功率合成放大器的設(shè)計提供了一種方式。
【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】：TN722
【圖文】：

（a） （b）圖 1-1 X 波段過模波導功率合成放大器設(shè)計圖。（a）單層結(jié)構(gòu)；（b）多層結(jié)構(gòu)（a） （b）圖 1-2 X 波段過模波導功率合成放大器實物圖。（a）單層結(jié)構(gòu)實物；（b）測試系統(tǒng)2003 年，Pengcheng Jia 等人對同軸波導進行了探索，研制了過模同軸波導功率合成器[12]。將裝有 MMIC 單片的基板在同軸波導內(nèi)環(huán)形排列，為 2×16 MMIC

（a） （b）圖 1-2 X 波段過模波導功率合成放大器實物圖。（a）單層結(jié)構(gòu)實物；（b）測試系統(tǒng)2003 年，Pengcheng Jia 等人對同軸波導進行了探索，研制了過模同軸波導功率合成器[12]。將裝有 MMIC 單片的基板在同軸波導內(nèi)環(huán)形排列，為 2×16 MMIC陣列，在 6～17GHz 頻帶內(nèi)，最大輸出功率為 44W，合成效率為 88%。2006 年，蔣擁軍將微帶功分電路和波導中的雙探針結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)計了 X 波段功率合成放大器[13]。該放大器的使用范圍為在 9.5GHz～10.5GHz，能夠達到 280W的輸出功率，合成效率大于 90%。2010 年，吳昌勇使用寬帶 E 面 T 型波導結(jié)構(gòu)和波導-微帶探針過渡結(jié)構(gòu)研制了8 路功率合成放大器[14]，將 8 個 10W MMIC 進行合成，在 8.6GHz～10.8GHz 頻帶內(nèi)最大輸出功率為 60W，合成效率為 79%。2017 年，中國電子科技集團第 13 研究所的李濤采用改進型的 Wilkinson 功分電路，研制出來四路功率合成放大器[15]。在 8-12GHz 的頻段內(nèi)，輸出功率為 56W，中心頻點效率 32%，駐波 1.4。

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