3mm固態(tài)功率合成放大器關鍵技術研究
發(fā)布時間：2021-03-06 18:32
W波段是毫米波的重要大氣窗口,在雷達、制導、遙感、電子對抗、拒止武器等領域有重要應用價值。功率放大器作為這些系統(tǒng)的核心部件,其功率水平對系統(tǒng)性能有重要影響。相比于真空電子器件,固態(tài)器件具有尺寸、可靠性和產量上的優(yōu)勢,而功率合成技術讓固態(tài)放大器的功率進一步提高,使其成為了另一個重要的功率來源。本文基于這個背景對W波段固態(tài)功率合成的關鍵技術展開研究,主要內容如下:（1）對合成效率的影響因素進行研究。從微波網(wǎng)絡理論出發(fā),本文研究了信號幅相、網(wǎng)絡損耗、網(wǎng)絡隔離度對合成效率的影響。分析結果表明,信號的幅相越一致、網(wǎng)絡損耗越小,則合成效率越高。而網(wǎng)絡的隔離度影響著支路差異對信號幅相的調制程度,對合成效率有間接影響。（2）對W波段關鍵無源結構進行研究。包括寬帶低損耗波導-微帶過渡結構、T型結、環(huán)形電橋、傳統(tǒng)波導魔T、共面魔T基本單元以及二進制多路合成網(wǎng)絡。仿真結果表明:在75-110GHz內,過渡結構回波損耗大于20dB,插入損耗小于0.1dB。所有基本功分/合成單元在91-95GHz內均具有良好的端口一致性和較低的插入損耗,由傳統(tǒng)波導魔T和共面魔T組成的多路二進制網(wǎng)絡同時具有端口一致性好、損耗低和...
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鏈式功率合成芯片[7]
第一章緒論3圖1-2鏈式功率合成原理圖[5]（三）空間功率合成二十世紀八十年代，為了滿足微波毫米波大規(guī)模功率合成的需要，空間功率合成技術應運而生。這種合成方式通過天線將多個功率源的功率輻射到空間中，經過正確的相位關系在空間中進行疊加后，再利用天線回收或直接作用于功率需求處。由于各個功率單元處于并聯(lián)狀態(tài)，所以空間功率合成本質上屬于N路功率合成結構，合成效率不隨著合成路數(shù)的增加而改變，但在實際應用中還需解決散熱問題。1.3毫米波固態(tài)功率合成技術研究現(xiàn)狀1.3.1國外發(fā)展動態(tài)2010年，QuinStar公司設計了一款12路徑向合成結構，如圖1-3所示。在94GHz-98.5GHz內12路徑向功率合成放大器輸出功率大于3W，在95GHz處的輸出功率為5.2W，合成效率達到87.5%[8]。(a)(b)圖1-3W波段徑向功率合成放大器(a)剖面示意圖；(b)實物圖[8]2015年，KennethW.Brown等人通過在T型結網(wǎng)絡中引入相位調整單元來提高合成效率，如圖1-4所示。用這種方法他們設計了兩款16路合成放大器模塊，其中頻率范圍為71-76GHz的模塊最高小信號增益達到36dB，最大輸出功率達到
電子科技大學碩士學位論文417W；頻率范圍為81-86GHz的模塊最高小信號增益達到29dB，最大輸出功率達到13W[23]。(a)(b)圖1-4調相T型結16路功率合成放大器(a)原理圖；(b)實物圖[23]2016年，QuinStar公司的JamesSchellenberg等人用他們自己設計的W波段寬帶氮化鎵行波式放大器作為功率器件，采用T型結和12路徑向功率合成網(wǎng)絡組成一款寬帶功率合成放大器，如圖1-5所示。這款放大器在75GHz-100GHz內的連續(xù)波輸出功率超過37W，具有里程碑意義[9]。2016年，KenBrown等人在設計非致命性拒止武器時，采用8192塊1W+氮化鎵芯片在92.75GHz獲得了6.8kW的功率輸出。這個功率水平是到目前為止W波段固態(tài)系統(tǒng)中最高的，其實物如圖1-6所示[10]。(a)(b)圖1-524路功率合成放大實物圖(a)整體實物；(b)T型結模塊內部[9]圖1-67kW固態(tài)拒止武器實物圖[10]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]W波段固態(tài)合成功放研究[J]. 朱翔,成海峰,郭方金,王維波. 固體電子學研究與進展. 2019(04)
[2]W波段低損耗徑向功率合成器設計[J]. 成海峰,朱翔,郭健. 固體電子學研究與進展. 2019(02)
[3]微波高功率固態(tài)放大器技術綜述[J]. 韓江安,馬凱學. 南京信息工程大學學報(自然科學版). 2017(01)
碩士論文
[1]毫米波發(fā)射機前端關鍵技術研究[D]. 吳健葦.電子科技大學 2019
[2]W波段新型徑向功率合成技術研究[D]. 何望棟.電子科技大學 2018
[3]W波段固態(tài)功率合成放大器關鍵技術研究[D]. 孫洪錚.電子科技大學 2018
[4]毫米波固態(tài)功率合成[D]. 周強.電子科技大學 2015
[5]3mm固態(tài)功率合成放大技術研究[D]. 王明.電子科技大學 2014
[6]翅片式與微流道式散熱器散熱特性及應用研究[D]. 胡廣新.電子科技大學 2010
本文編號：3067592
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鏈式功率合成芯片[7]
第一章緒論3圖1-2鏈式功率合成原理圖[5]（三）空間功率合成二十世紀八十年代，為了滿足微波毫米波大規(guī)模功率合成的需要，空間功率合成技術應運而生。這種合成方式通過天線將多個功率源的功率輻射到空間中，經過正確的相位關系在空間中進行疊加后，再利用天線回收或直接作用于功率需求處。由于各個功率單元處于并聯(lián)狀態(tài)，所以空間功率合成本質上屬于N路功率合成結構，合成效率不隨著合成路數(shù)的增加而改變，但在實際應用中還需解決散熱問題。1.3毫米波固態(tài)功率合成技術研究現(xiàn)狀1.3.1國外發(fā)展動態(tài)2010年，QuinStar公司設計了一款12路徑向合成結構，如圖1-3所示。在94GHz-98.5GHz內12路徑向功率合成放大器輸出功率大于3W，在95GHz處的輸出功率為5.2W，合成效率達到87.5%[8]。(a)(b)圖1-3W波段徑向功率合成放大器(a)剖面示意圖；(b)實物圖[8]2015年，KennethW.Brown等人通過在T型結網(wǎng)絡中引入相位調整單元來提高合成效率，如圖1-4所示。用這種方法他們設計了兩款16路合成放大器模塊，其中頻率范圍為71-76GHz的模塊最高小信號增益達到36dB，最大輸出功率達到
電子科技大學碩士學位論文417W；頻率范圍為81-86GHz的模塊最高小信號增益達到29dB，最大輸出功率達到13W[23]。(a)(b)圖1-4調相T型結16路功率合成放大器(a)原理圖；(b)實物圖[23]2016年，QuinStar公司的JamesSchellenberg等人用他們自己設計的W波段寬帶氮化鎵行波式放大器作為功率器件，采用T型結和12路徑向功率合成網(wǎng)絡組成一款寬帶功率合成放大器，如圖1-5所示。這款放大器在75GHz-100GHz內的連續(xù)波輸出功率超過37W，具有里程碑意義[9]。2016年，KenBrown等人在設計非致命性拒止武器時，采用8192塊1W+氮化鎵芯片在92.75GHz獲得了6.8kW的功率輸出。這個功率水平是到目前為止W波段固態(tài)系統(tǒng)中最高的，其實物如圖1-6所示[10]。(a)(b)圖1-524路功率合成放大實物圖(a)整體實物；(b)T型結模塊內部[9]圖1-67kW固態(tài)拒止武器實物圖[10]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]W波段固態(tài)合成功放研究[J]. 朱翔,成海峰,郭方金,王維波. 固體電子學研究與進展. 2019(04)
[2]W波段低損耗徑向功率合成器設計[J]. 成海峰,朱翔,郭健. 固體電子學研究與進展. 2019(02)
[3]微波高功率固態(tài)放大器技術綜述[J]. 韓江安,馬凱學. 南京信息工程大學學報(自然科學版). 2017(01)
碩士論文
[1]毫米波發(fā)射機前端關鍵技術研究[D]. 吳健葦.電子科技大學 2019
[2]W波段新型徑向功率合成技術研究[D]. 何望棟.電子科技大學 2018
[3]W波段固態(tài)功率合成放大器關鍵技術研究[D]. 孫洪錚.電子科技大學 2018
[4]毫米波固態(tài)功率合成[D]. 周強.電子科技大學 2015
[5]3mm固態(tài)功率合成放大技術研究[D]. 王明.電子科技大學 2014
[6]翅片式與微流道式散熱器散熱特性及應用研究[D]. 胡廣新.電子科技大學 2010
本文編號：3067592
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