W波段新型径向功率合成技术研究

发布时间：2020-05-25 16:05

【摘要】：毫米波技术经过多年的发展已经在雷达、制导、通信、成像、测量等领域得到了广泛应用。功率放大器是毫米波系统的重要部件,但是单器件的功率输出能力随工作频率升高会迅速降低,为满足系统要求,需成倍提升功率输出能力。另一方面,工作频率的提升对于毫米波系统意味着更好的精度、更大的数据带宽和更快的传输速率。因此,开发毫米波高端频段甚至太赫兹频段的功率合成技术是当前的研究热点,对开发新的系统应用、实现更好的系统性能有着重要意义。本课题基于波导空间功率合成技术,提出了W波段新型径向功率合成技术,具体如下:针对传统径向功率合成技术中圆波导TE_(01)模阶次太高的缺陷,提出了选择了扇形波导TE_(01)模作为圆波导TE_(01)模的降阶模式。通过选择恰当的扇角可以降低扇形波导内TE_(01)模的阶次,减少传输TE_(01)模时所需要抑制模式的数量。根据扇角的不同,提出了不同的模式转换器模型,并采用扇角为180度的扇形波导设计了一款径向功率合成器,该合成器具有结构不对称,传输模式沿圆周对称的特点。仿真结果表明:在87~98GHz的频带内,该合成器的回波损耗优于19dB,合成器的插损小于0.25dB,合成效率大于94%。最后对180度扇形波导径向功率合成器进行了加工,测试结果表明,该合成器的合成效率为85%。在圆波导中,创新性的使用圆极化TE_(11)模这一时间对称模,作为波导内传输模式。利用矢量网络分析方法,确定了激励圆极化TE_(11)模的条件,并新设计了矩形波导TE_(10)模到圆波导TE_(11)模的平衡式模式转换器,并进一步分析了该模式转换器对杂模的抑制情况;接下来则提出并设计了基于圆波导TE_(11)模径向功率合成器,在87~98GHz的频带内,分别设计了7路和14的功率合成器,仿真结果表明:14路径向功率合成器的回波损耗优于27dB,插入损耗小于0.4dB,合成效率大于91%;7路径向功率合成器的回波损耗优于30dB,插入损耗小于0.2dB,合成效率大于95%。最后对14路合成器进行了实物的加工测试,测试结果表明:14路圆波导TE_(11)模径向功率合成器的回波损耗大于16dB,整体合成效率为84%,在最优处,合成效率可达87.6%。
【图文】：

图 1-1 W 波段 16 路径向功率合成示意图[3]在 2000 年的时候，D.L. Ingram,Y.C.Chen, I.Stones,D.Yamauchi 等学者设计了一个 W 波段 8 路固态微波高功率源。该功率源采用 3 级 2 进制功分器，且一分二功分器采用的是波导魔 T 结构（如图 1-2），最终，W 波段的测试结果显示：8 路合成器的传输损耗优于 1dB，输出功率大于 2.2W[4]。

图 1-3 32 路二进制树型功率合成网络[5]而在 2010 年，由美国 Quint star 公司和 RHL 实验室联合制作了 94GHz 到98.5GHz 的典型性输出功率 4W，在 95GHZ 最大输出功率达到 5.2W 的 W 波段功率合成器[6]。驱动级用四路合成，随后连接共轴 1 分 12 路径向结构（如图 1-4）。该合成器利用同轴进行分配，，使输出端口等幅同相，但在毫米波频率高端，同轴内径很小，对加工装配的要求极高。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN73

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本文编号：2680398