發(fā)布時間：2020-11-17 08:06

　　 由于氧氣分子諧振使V波段在空氣中出現(xiàn)了較大的衰減,這一特性使V波段廣泛的應用于衛(wèi)星通訊與地面近距離通信。但V波段由于頻率高,造成芯片尺寸更小,熱量更集中,散熱變得更困難等原因,使得單個固態(tài)器件的輸出功率低,很難滿足大距離作用范圍等要求,若要滿足發(fā)射系統(tǒng)大功率輸出的要求,功率合成是最為有效的方式,本文針對V波段功率合成技術(shù)展開了實驗與探究,本文的主要工作與成果有:1、對功率合成單元進行了探究,針對波導微帶雙探針結(jié)構(gòu)、E面波導耦合電橋、H面裂縫電橋、環(huán)形電橋、魔T進行了具體的分析與仿真,分析出其各自的優(yōu)缺點,適用范圍;并針對環(huán)形電橋、魔T進行了實物加工與測試,為后續(xù)功率合成網(wǎng)絡的選定奠定了基礎(chǔ)。2、根據(jù)指標、現(xiàn)有的可選芯片確定了8路功率合成放大器,大致分為驅(qū)動放大器、功率分配網(wǎng)絡、單元功放、功率合成網(wǎng)絡這四部分,驅(qū)動放大器與單元功放均采用GAPZ0039,在文章后半部分對功率合成網(wǎng)絡展開了探究,分別對基于波導魔T的8路合成網(wǎng)絡、基于E面波導耦合器的4路鏈式合成網(wǎng)絡、基于波導環(huán)形電橋的8路合成網(wǎng)絡三者進行了理論與仿真分析,對比分析其優(yōu)缺點、可行性,最終決定采用基于波導環(huán)形電橋的8路合成網(wǎng)絡作為功率合成網(wǎng)絡。3、在決定采用基于波導環(huán)形電橋的8路合成網(wǎng)絡作為功率合成網(wǎng)絡之后,我們對其進行了加工測試,測得在66GHz-68GHz的頻段范圍內(nèi),其背靠背結(jié)構(gòu)的回波損耗抑制在-15dB以下,插入損耗也抑制在2.8dB以內(nèi),8路合成網(wǎng)絡插入損耗在1.4dB以內(nèi);總體上來說體積小且性能優(yōu)良,適合作為本功率合成放大器的合成網(wǎng)絡。4、完成了對單路功率放大器與功率合成放大器增益與功率的測試。測得單路功率放大器在66GHz-68GHz的頻帶范圍內(nèi),小信號增益在14.1dB-15.2dB的范圍內(nèi),在輸入信號源最大功率時,輸入到功率放大器的信號功率在9dBm左右,輸出功率在21.7dBm-23dBm之間。測得功率合成放大器在66GHz-68GHz的頻帶范圍內(nèi),小信號增益在26.7dB-27.6dB的范圍內(nèi),在輸入信號源最大功率時,對應輸出功率在31.1dBm-32.2dBm的范圍內(nèi)。對功率合成放大器的合成效率進行了計算,其在66GHz-68GHz的頻段范圍內(nèi),合成效率平均在80%左右。5、對V波段大規(guī)模高功率合成網(wǎng)絡進行了探究。對傳統(tǒng)基于圓波導TE01模徑向功率分配網(wǎng)絡進行了仿真,發(fā)現(xiàn)了其存在的缺點,即輸出帶內(nèi)存在尖峰的問題,分析了發(fā)生此種現(xiàn)象的原因,并得到了驗證。在發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因以后,提出了一種改進型的基于徑向波導功率合成網(wǎng)絡,拋棄了傳統(tǒng)的功率合成網(wǎng)絡中圓波導的部分,利用1分N在徑向波導中形成TEM模,再通過徑向波導分成任意路數(shù),與傳統(tǒng)基于圓波導TE01模徑向功率分配網(wǎng)絡相比,完全消除了輸出帶內(nèi)尖峰,改善了輸出幅相一致性。另外,其具有輸出幅相一致性高,合成效率高,任意輸出路數(shù),結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN73
【部分圖文】：

(a) 圖 3-1 (a) 波導微帶探針過渡結(jié)構(gòu)三維電磁仿真圖 3-1 為 V 波段波導微帶探針結(jié)構(gòu)獲得寬帶，低損耗，限制高次模的效果功的限制了高次模的產(chǎn)生，與減小了整體在 55GHz-78GHz 的頻段范圍內(nèi)，回波損以內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)良。3.1.2 E 面波導微帶同側(cè)雙探針結(jié)構(gòu)在完成了單路的 E 面波導微帶探針波導微帶同側(cè)雙探針過渡結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿工作帶寬寬，傳輸損耗小，結(jié)構(gòu)緊湊，能的基礎(chǔ)之上，后續(xù)完成了其在 HFSS 3-2 所示。

(c) (d)(e)圖4-1 (a) 輸入端口回波損耗；(b) 輸出端口回波損耗；(c) 在60GHz的工作頻率下，增益，輸出功率，附加效率隨輸入信號的變化特性曲線；(d) 放大器輸出功率隨漏極電流變化的特性曲線；(e) 柵壓-0.3V~-0.7V 時，放大器的增益變化曲線從圖 4-1 可以看出 GAPZ0039 在 55GHz-72GHz 的頻段范圍內(nèi)有著不錯的駐波特性，有著大約 19dB 的小信號增益，飽和輸出功率高，線性動態(tài)范圍大，適用于本功率合成放大器。4.3 V 波段 8 路無源功率合成網(wǎng)絡方案在第三章對功率合成單元進行了介紹與分析后，本小節(jié)將對小型化，大功率容量，低損耗，高合成效率的 8 路功率合成網(wǎng)絡進行研究

圖 5-3 功率放大器實物功率放大器的實物制作之后，我們對功率放大器最出功率進行了測量。放大器小信號增益測試大器小信號增益測試采用了矢量網(wǎng)絡分析儀、同軸 5-4 所示的結(jié)構(gòu)進行連接。 波 導 轉(zhuǎn) 換 同 軸 波 導 矢 量 網(wǎng) 絡 分 析儀直 流 源功 率 放 大 器
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