X波段高功率高效率功率放大技术研究

发布时间：2017-11-03 05:29

  本文关键词：X波段高功率高效率功率放大技术研究

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【摘要】：功率放大技术是微波领域的一项关键技术,放大器也是微波发射系统的关键部件。微波固态功放具有偏置电压低、体积小、可靠性高等优点,广泛应用于雷达、电子对抗、无线通信装置及专用测试系统等设备,其总体趋势是向着更高频段的高功率、高效率发展,然而,单个器件的输出功率难以满足功放模块多元化的任务需求,因此功率合成技术作为实现这一目标的具体途径之一,具有重要的研究价值和广阔的发展前景。本文针对高功率、高效率的宽带微波功率合成放大技术进行研究,展开了如下工作：采用渐变线型Wilkinson功分器,改善传统Wilkinson电桥工作带宽较窄的特性,使其能够覆盖整个X波段。以单个余弦平万渐变线Wilkinson功分器为基础,设计出两级四路功率分配/合成网络,该结构的优势在于通过合理布局分配网络与合成网络的微带线长度,缩短合成路径,减小损耗,从而提高合成效率。对实物进行测试：输入端回波损耗大于13dB,合成网络的损耗仅为0.3-0.4dB,合成效率高于91%。设计了一种新型的波导魔T结构,对位于双T波导接头处的椎体匹配元件进行创新设定,以改善带宽。改进后的结构相对带宽可达40%。以此为基础,设计了基于改进型波导魔T的空问功率分配/合成网络,新网络结合了低插损、高效率与宽频带的优点,较之微带电路其性能更佳。测试结果显示：在8-12GHz内,输入端回波损耗大于13dB,分配/合成网络整体插损0.25-0.5dB,合成部分小于0.25dB；合成效率高于94%。合理地选择国产GaN功放芯片,结合改进型波导魔T结构,完成X波段功率合成放大器的研制。经测试表明,在X全频段,此四路合成放大器饱和输出功率大于178W,功率增益大于36dB,合成效率大于89%,功率附加效率大于39%。
【关键词】：X频段 GaN功率合成放大器 渐变线型Wilkinson功分器 改进型波导魔T 合成效率
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 功率合成技术简要介绍12-18
• 1.2.1 芯片式功率合成13-14
• 1.2.2 电路式功率合成14-17
• 1.2.3 空间功率合成17
• 1.2.4 混合式功率合成17-18
• 1.2.5 其它功率合成形式18
• 1.3 功率合成技术国内外发展动态18-22
• 1.3.1 国外发展动态18-20
• 1.3.2 国内发展动态20-22
• 1.4 课题主要工作及本文章节安排22-24
• 第二章 功率合成技术原理分析24-39
• 2.1 功放单元技术指标理论分析24-25
• 2.1.1 输出功率24
• 2.1.2 功率效率和功率附加效率24-25
• 2.1.3 回波损耗与端口驻波比25
• 2.1.4 工作频段与带宽25
• 2.2 功率合成网络理论分析25-30
• 2.2.1 功率合成网络增益特性分析25-27
• 2.2.2 无耗功率分配/合成网络参数分析27-29
• 2.2.3 功率合成放大中的失效性分析29-30
• 2.3 功放合成技术效率分析30-37
• 2.3.1 合成效率理论分析30-31
• 2.3.2 电路损耗对合成效率的影响31-33
• 2.3.3 幅度和相位的不平衡度对合成效率的影响33-35
• 2.3.4 多级功放级联整体效率分析35-37
• 2.4 提高合成效率的有效方法37-38
• 2.5 本章小节38-39
• 第三章 微带集成宽带功率合成技术研究39-52
• 3.1 微带线的主要特性简述39-44
• 3.1.1 微带线的传输模式39-40
• 3.1.2 微带线的特性阻抗40-42
• 3.1.3 微带线的功率容量42
• 3.1.4 微带线的损耗42-44
• 3.2 Wilkinson功分器分析与设计44-48
• 3.2.1 传统Wilkinson功分器简介44-45
• 3.2.2 余弦平方渐变线型Wilkinson功分器分析与设计45-47
• 3.2.3 渐变线型Wilkinson功分器的测试47-48
• 3.3 基于渐变线型Wilkinson功分器的四路功率合成网络设计48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 宽带波导魔T空间功率合成技术研究52-63
• 4.1 波导魔T用做功分器的特性分析52-54
• 4.1.1 波导魔T的理论分析52-53
• 4.1.2 波导魔T的调配元件53
• 4.1.3 波导魔T的匹配负载53-54
• 4.2 改进型波导魔T的设计与仿真54-56
• 4.3 波导-微带单探针过渡结构分析56-59
• 4.3.1 单个波导-微带单探针过渡结构分析56-58
• 4.3.2 波导-微带单探针过渡背靠背结构分析58-59
• 4.4 改进型波导魔T功率分配/合成网络分析59-62
• 4.4.1 改进型波导魔T功率分配/合成网络的设计与仿真59-60
• 4.4.2 改进型波导魔T功率分配/合成网络实物测试60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 X全频段功率合成放大器的实现与测试63-72
• 5.1 课题研究目标63
• 5.2 X波段宽带MMIC功放芯片的选择63-66
• 5.2.1 第三代半导体材料及器件简介63-64
• 5.2.2 功率合成放大器合成级功放单片选择64-65
• 5.2.3 功率合成放大器驱动级功放单片选择65-66
• 5.3 X波段功率合成放大器分配/合成网络方案选取66
• 5.4 X波段功率合成放大器的测试及分析66-70
• 5.4.1 输入驻波的测试68
• 5.4.2 输出功率的测试68-69
• 5.4.3 功率增益和效率的测试69
• 5.4.4 测试总结69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 第六章 结论72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 攻硕期间取得的研究成果78

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本文编号：1134855