Ka波段平面功率合成技术研究

论文摘要

毫米波功率放大器是毫米波发射系统的关键部分。放大器性能的提高意味着更远的作用距离,更强的抗干扰能力,还有更好的通信质量。在单个器件输出功率有限的情况下要提高系统的输出功率,主要采用功率合成技术的方法。目前,应用得最多的毫米波功率合成技术是平面电路合成和空间功率合成,本论文主要研究平面功率合成。通常的平面电路功率合成方案都基于平面微带电路,由于毫米波频段微带线损耗大,且电路面积随器件数量增长呈非线性增长,因此能够合成的放大器单元数量受到限制。本论文在对国内外的毫米波功率合成技术进行研究和分析的基础上,提出了一种新颖的,由H面T接头、H面定向耦合器、波导到微带的脊波导过渡构成的平面功率合成结构。该结构相比常见的基于微带电路的平面功率合成结构,有更小的插入损耗和更高的合成效率;同时又具有比空间功率合成结构更薄的体积,能满足许多工程实际的需要。实际制作了背对背结构的功率分配/合成网络,在34~37GHz的频率范围内,实测的插损小于2dB,输入端口反射损耗优于15dB。在这基础上采用4片AMMC5040芯片制作了功率合成放大器。测试结果表明,在33~36GHz范围内,最大饱和输出27.93dBm,最小饱和输出27.41dBm,最大合成效率90.4%,带内平均合成效率大于80%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源以及研究意义
• 1.3 毫米波固态功率合成技术的主要方法及发展动态
• 1.3.1 管芯功率合成
• 1.3.2 电路功率合成
• 1.3.3 空间功率合成
• 1.3.4 混合功率合成
• 1.4 国内的发展动态
• 1.5 本课题研究内容
• 第二章 功率合成放大技术的特性参数
• 2.1 固态功率放大器的特性参数
• 2.1.1 功率放大器稳定性分析
• 2.1.2 放大器的增益
• 2.1.3 增益平坦度
• 2.1.4 三阶交调系数与1dB 压缩点
• 2.1.5 输出功率
• 2.1.6 端口驻波比和回波损耗
• 2.1.7 其它的一些放大器参数
• 2.2 功率合成技术原理
• 2.2.1 功率合成技术主要参数
• 2.2.2 功分/合成网络的要求
• 2.3 功率合成网络的合成效率分析
• 2.3.1 功分/合成网络的插损对合成效率的影响
• 2.3.2 幅度、相位不一致对合成效率的影响
• 第三章 Ka 波段平面功率合成网络的实现及测试
• 3.1 平面的功率合成方案
• 3.1.1 基于Wilkinson 电桥的功率合成方案
• 3.1.2 基于惠更斯原理功分器的功率合成方案
• 3.1.3 基于径向线功分器的功率合成方案
• 3.2 H 面波导功率合成网络的研究与仿真
• 3.2.1 波导H 面T 接头
• 3.2.2 H 面波导定向耦合器
• 3.2.3 波导-脊波导-微带过渡
• 3.2.4 整个功分网络的仿真模型
• 3.3 无源功分/合成网络的测试
• 3.3.1 四路的波导功分网络的测试
• 3.3.2 背对背的波导-脊波导-微带过渡
• 3.3.3 所有的无源结构连接的测试结果
• 第四章 功率合成放大器的实现与实测结果
• 4.1 放大器芯片的选择
• 4.2 偏置电路设计
• 4.3 MMIC 芯片的安装工艺
• 4.4 功率合成放大器的测试
• 4.4.1 小信号增益测试
• 4.4.2 合成放大器1dB 压缩点输出功率及饱和输出功率测试
• 4.4.3 合成放大器合成效率分析
• 4.4.4 国内外测试结果对比
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果