V波段功率合成技术研究

发布时间：2020-11-17 08:06

　　 由于氧气分子谐振使V波段在空气中出现了较大的衰减,这一特性使V波段广泛的应用于卫星通讯与地面近距离通信。但V波段由于频率高,造成芯片尺寸更小,热量更集中,散热变得更困难等原因,使得单个固态器件的输出功率低,很难满足大距离作用范围等要求,若要满足发射系统大功率输出的要求,功率合成是最为有效的方式,本文针对V波段功率合成技术展开了实验与探究,本文的主要工作与成果有:1、对功率合成单元进行了探究,针对波导微带双探针结构、E面波导耦合电桥、H面裂缝电桥、环形电桥、魔T进行了具体的分析与仿真,分析出其各自的优缺点,适用范围;并针对环形电桥、魔T进行了实物加工与测试,为后续功率合成网络的选定奠定了基础。2、根据指标、现有的可选芯片确定了8路功率合成放大器,大致分为驱动放大器、功率分配网络、单元功放、功率合成网络这四部分,驱动放大器与单元功放均采用GAPZ0039,在文章后半部分对功率合成网络展开了探究,分别对基于波导魔T的8路合成网络、基于E面波导耦合器的4路链式合成网络、基于波导环形电桥的8路合成网络三者进行了理论与仿真分析,对比分析其优缺点、可行性,最终决定采用基于波导环形电桥的8路合成网络作为功率合成网络。3、在决定采用基于波导环形电桥的8路合成网络作为功率合成网络之后,我们对其进行了加工测试,测得在66GHz-68GHz的频段范围内,其背靠背结构的回波损耗抑制在-15dB以下,插入损耗也抑制在2.8dB以内,8路合成网络插入损耗在1.4dB以内;总体上来说体积小且性能优良,适合作为本功率合成放大器的合成网络。4、完成了对单路功率放大器与功率合成放大器增益与功率的测试。测得单路功率放大器在66GHz-68GHz的频带范围内,小信号增益在14.1dB-15.2dB的范围内,在输入信号源最大功率时,输入到功率放大器的信号功率在9dBm左右,输出功率在21.7dBm-23dBm之间。测得功率合成放大器在66GHz-68GHz的频带范围内,小信号增益在26.7dB-27.6dB的范围内,在输入信号源最大功率时,对应输出功率在31.1dBm-32.2dBm的范围内。对功率合成放大器的合成效率进行了计算,其在66GHz-68GHz的频段范围内,合成效率平均在80%左右。5、对V波段大规模高功率合成网络进行了探究。对传统基于圆波导TE01模径向功率分配网络进行了仿真,发现了其存在的缺点,即输出带内存在尖峰的问题,分析了发生此种现象的原因,并得到了验证。在发现了产生上述现象的原因以后,提出了一种改进型的基于径向波导功率合成网络,抛弃了传统的功率合成网络中圆波导的部分,利用1分N在径向波导中形成TEM模,再通过径向波导分成任意路数,与传统基于圆波导TE01模径向功率分配网络相比,完全消除了输出带内尖峰,改善了输出幅相一致性。另外,其具有输出幅相一致性高,合成效率高,任意输出路数,结构紧凑等优势。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN73
【部分图文】：

(a) 图 3-1 (a) 波导微带探针过渡结构三维电磁仿真图 3-1 为 V 波段波导微带探针结构获得宽带，低损耗，限制高次模的效果功的限制了高次模的产生，与减小了整体在 55GHz-78GHz 的频段范围内，回波损以内，结构紧凑，性能优良。3.1.2 E 面波导微带同侧双探针结构在完成了单路的 E 面波导微带探针波导微带同侧双探针过渡结构的设计与仿工作带宽宽，传输损耗小，结构紧凑，能的基础之上，后续完成了其在 HFSS 3-2 所示。

(c) (d)(e)图4-1 (a) 输入端口回波损耗；(b) 输出端口回波损耗；(c) 在60GHz的工作频率下，增益，输出功率，附加效率随输入信号的变化特性曲线；(d) 放大器输出功率随漏极电流变化的特性曲线；(e) 栅压-0.3V~-0.7V 时，放大器的增益变化曲线从图 4-1 可以看出 GAPZ0039 在 55GHz-72GHz 的频段范围内有着不错的驻波特性，有着大约 19dB 的小信号增益，饱和输出功率高，线性动态范围大，适用于本功率合成放大器。4.3 V 波段 8 路无源功率合成网络方案在第三章对功率合成单元进行了介绍与分析后，本小节将对小型化，大功率容量，低损耗，高合成效率的 8 路功率合成网络进行研究

图 5-3 功率放大器实物功率放大器的实物制作之后，我们对功率放大器最出功率进行了测量。放大器小信号增益测试大器小信号增益测试采用了矢量网络分析仪、同轴 5-4 所示的结构进行连接。 波 导 转 换 同 轴 波 导 矢 量 网 络 分 析仪直 流 源功 率 放 大 器
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本文编号：2887264