X和W波段高功率多路合成放大器研究

发布时间：2020-07-01 09:43

【摘要】：X波段和W波段的微波毫米波有着十分重要的应用,尤其是在雷达、导弹制导技术、电子对抗等领域。近几年来,军用通信系统和商用通信系统的发展十分迅速,这对信号发射机的输出功率提出了新的要求。功率放大器是发射机的核心器件,所以提升它的性能能够有效提升发射功率。单个功率管或者MMIC固态放大器件的输出功率往往有限,一般不能满足实际的需求,这就需要使用功率合成技术来增大输出功率。因此,对于X波段和W波段功率合成技术的研究十分重要,具有现实和战略意义。本文首先归纳了国内外X波段和W波段功率合成技术的研究现状;然后总结了功率合成技术的相关理论并对影响功率合成效率的关键因素进行分析。再对经典的功率分配/合成结构进行了概括、分析和仿真,主要有双探针结构、Wilkinson结构、环形电桥结构、T型结、波导分支电桥和径向波导结构。接着在此基础上对一些结构进行了改进和优化,并设计了X波段和W波段功率合成放大器。在X波段采用环形电桥结构设计了一种两路功率合成放大器。该放大器的前级放大电路有两级。第一级集成在信号输入模块,放大部分为一功放单片;第二级由一个功放单片和一个内匹配功率管级联而成。两级驱动电路的输出功率达到47dBm,满足了主级放大电路的需求。测试结果显示,在9.0-9.54GHz频段内,该功率合成放大器的输出功率高于223W,整体效率大于25%。在W波段使用一种新型径向波导合成结构,设计了一种四路功率合成放大器。这是一种探索研究性的设计,它可拆解性强,并且能够充分的分析和验证功分器、功放模块和微带-波导过渡结构的性能及影响性能的因素。测验结果表明该四路功率分配/合成器在88-94GHz频段内,S11低于-20dB;S21大于-6.5dB。该放大器在在90GHz处,输出功率为3.7W,合成效率达到94.3%;在88-91GHz内,输出功率大于3W,在91-94GHz内输出功率大于2.4W,而且合成效率在整个测试频段内都高于90%。接着,在四路功率合成放大器的基础上进行拓展,研制出一款两级十六路功率合成放大器。测试结果显示,在88-94GHz的频段内,它的输出功率都高于5.5W,在89.5GHz处输出最大达到10W。这些探索性的研究为W波段高功率合成放大器的设计提供了一种方式。
【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】：TN722
【图文】：

过模波导,功率合成,放大器设计,波段

（a）（b）图 1-1 X 波段过模波导功率合成放大器设计图。（a）单层结构；（b）多层结构（a）（b）图 1-2 X 波段过模波导功率合成放大器实物图。（a）单层结构实物；（b）测试系统2003 年，Pengcheng Jia 等人对同轴波导进行了探索，研制了过模同轴波导功率合成器[12]。将装有 MMIC 单片的基板在同轴波导内环形排列，为 2×16 MMIC

过模波导,功率合成,放大器,实物

（a）（b）图 1-2 X 波段过模波导功率合成放大器实物图。（a）单层结构实物；（b）测试系统2003 年，Pengcheng Jia 等人对同轴波导进行了探索，研制了过模同轴波导功率合成器[12]。将装有 MMIC 单片的基板在同轴波导内环形排列，为 2×16 MMIC阵列，在 6～17GHz 频带内，最大输出功率为 44W，合成效率为 88%。2006 年，蒋拥军将微带功分电路和波导中的双探针结构结合设计了 X 波段功率合成放大器[13]。该放大器的使用范围为在 9.5GHz～10.5GHz，能够达到 280W的输出功率，合成效率大于 90%。2010 年，吴昌勇使用宽带 E 面 T 型波导结构和波导-微带探针过渡结构研制了8 路功率合成放大器[14]，将 8 个 10W MMIC 进行合成，在 8.6GHz～10.8GHz 频带内最大输出功率为 60W，合成效率为 79%。2017 年，中国电子科技集团第 13 研究所的李涛采用改进型的 Wilkinson 功分电路，研制出来四路功率合成放大器[15]。在 8-12GHz 的频段内，输出功率为 56W，中心频点效率 32%，驻波 1.4。

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