毫米波超宽带径向功率合成技术研究

发布时间：2021-03-22 20:33

近来,基于MMIC功率放大器的毫米波波导空间功率合成技术是固态毫米波领域的热门。在此类研究中,在多支路条件下保持高的合成效率和较宽的工作带宽是实现毫米波宽带功率合成的重点,也是本文的主要研究内容。本文基于三种功率合成结构设计了K~Ka波段的超宽带径向功率合成器件。本论文详细分析了毫米波频段常用的功率分配网络;对采用的几种结构形式:同轴波导-径向波导过渡结构、脊波导-微带探针过渡结构、脊波导阶梯过渡结构等进行了仿真、优化设计,加工实物和测试。主要工作如下:1、基于同轴波导传输理论与径向波导传输理论,设计了同轴波导-径向波导混合过渡结构,该结构对称性好,受加工装配等因素影响小,体积适中。仿真结果显示:在18~40GHz范围,同轴端口插入损耗在频带内均小于15dB,各径向端口插入损耗均小于0.3dB,径向端口频带内VSWR均小于1.25;2、基于E面波导-微带探针理论,设计加工并测试了K~Ka频段波导双探针结构,适用于K~Ka频段超宽带应用。实测结果显示:在18-40GHz范围,两端口的回波损耗小于-10dB,插入损耗小于2dB,扣除线损则该过渡的插入损耗仅为1.5dB;3、基于切比雪夫阻抗变换器理论,研制了脊波导阶梯过渡结构,该结构与同轴波导-径向波导的混合结构仿真结果显示:在18~40GHz范围,同轴端口回波损耗在频带内均小于16dB,该混合过渡结构插入损耗小于0.2dB;以该结构为基础,改进设计了多重圆盘匹配过渡结构,使得同轴端口回波损耗在频带内均小于19dB,该改进后混合过渡结构插入损耗小于0.1dB;4、结合上述所有结构研制、加工以及测试了同轴波导-径向波导-脊波导-微带探针结构的24路功率合成器背靠背结构。实测结果显示:在24~40GHz范围内,该结构中同轴波导回波损耗均小于10dB,背靠背结构单端插入损耗在频带内小于1.25dB,计算得出背靠背结构单端的合成效率约为75%。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN73

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 毫米波功率合成技术在宽带应用的发展动态

1.3 论文研究内容与组织结构

第二章功率分配/合成器的基本原理

2.1 合成技术的分类

2.1.1 芯片级合成

2.1.2 电路合成

2.1.3 空间合成技术

2.1.4 混合/多级合成技术

2.1.5 其他合成技术

2.2 同轴波导的传输特性及工作模式分析

2.2.1 同轴波导中的TEM波型

2.2.2 同轴波导中的高次波的抑制

2.2.3 同轴线内外导体半径比值取舍

2.3 径向波导功率合成基本原理

2.3.1 径向波导电磁场分析

2.3.2 径向波导TEM模单模传输条件

2.4 阶梯脊波导-微带过渡结构基本原理

2.4.1 过渡结构介绍

2.4.2 过渡结构原理分析

2.5 功率合成中的合成效率分析

2.5.1 N级二进制式合成

2.5.2 直接N路合成

第三章阻抗变换器基本原理

3.1 λ/4 阻抗变换器

3.2 多节 λ/4 阻抗变换器

3.3 渐变线阻抗变换器

3.4 Chebyshev阻抗变换器

第四章 24路功率合成放大器的研制与测试

4.1 同轴-径向波导过渡结构的设计

4.2 脊波导-微带双探针结构的分析与设计

4.3 同心圆台-脊波导阶梯过渡结构的设计与仿真

4.3.1 基础结构的设计与仿真

4.3.2 改进的多重圆盘匹配过渡改进结构设计与仿真

4.4 单路联合仿真设计

4.5 24 路功率合成器联合仿真设计

4.6 腔体设计

4.7 脊波导到微带过渡背靠背结构测试

4.8 总腔体组装完成测试与分析

第五章总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

【引证文献】