W波段功率合成技术研究

发布时间：2017-05-12 21:12

  本文关键词：W波段功率合成技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：功率分配/合成器已成为现代雷达和通信发射系统中功率放大器不可或缺的关键元件,为了能够灵活地与MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit)功放进行芯片式级联匹配,实现芯片化集成、宽频带高功率输出,本文设计制作了W波段芯片化功率合成器,并进行测试分析,论文所做的主要内容及结果如下:本文阐述了W波段功率合成技术的发展与应用,对微带传输线、共面波导、波导的传输特性进行了详细介绍,重点对微带分支电桥、威尔金森功分器等无源器件进行仿真分析,同时研究了一些常用的过渡结构。研究了W波段功率合成的基本原理与典型的功率分配/合成框架结构,采用电磁仿真软件ADS、HFSS对W波段两路功率分配/合成系统进行了芯片化设计,研制出芯片式的石英介质威尔金森功分器、合成器,芯片尺寸:2.54×3.97mm,在片测试结果显示:在中心频率110GHz处,功率分配器和合成器对接后形成的无源网络的S21=-2.29dB、S11=-21.93dB,在107GHz~112GHz频带内回波损耗小于-15dB。根据MMIC功放芯片参数在ADS中建立的等效电路模型,将威尔金森功率分配/合成网络芯片与相应频段的两个MMIC功放芯片进行了级联、整体设计仿真与优化,并对两个MMIC功放芯片偏置电路中的电容、电阻进行了合理布局设计,首次在MoCu载体上实现了芯片化、集成化、小型化的W波段两路功率合成放大器,对设计研制的石英介质威尔金森功率分配/合成器芯片进行了实际应用验证,研制的W波段功率合成放大器尺寸为8.85×6.55mm,在95GHz实现了输出功率为300mW、合成效率为83.74%,在106GHz实现了输出功率为202mW、合成效率为78.33%。实际测试与仿真结果较为一致,证实了本文的设计的正确性和工艺技术的可行性。用同样思路设计了中心频率为95GHz的四路功率分配/合成网络,并且进行了建模仿真。本文研制的芯片化W波段功率分配/合成器可利用微电子工艺线进行批量加工生产及应用,具有加工精度高、体积小、成本低的优点,可应用于新一代小型化、高效能的毫米波雷达和通信系统。
【关键词】：功率分配器 功率合成器 W波段 芯片化 MMIC
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN73
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 选题背景及W波段功率合成的目的和意义8-10
• 1.2 W波段功率合成技术的研究动态10-16
• 1.2.1 国外研究动态10-12
• 1.2.2 国内研究动态12-16
• 1.3 本文的主要工作与创新点16-19
• 1.3.1 本文的研究思路16
• 1.3.2 本文的主要研究内容16-17
• 1.3.3 本文的主要创新点17-19
• 第二章 W波段功率合成放大技术的理论基础19-27
• 2.1 W波段功率合成技术介绍19
• 2.2 功率合成效率分析19-26
• 2.2.1 合成效率的分析与计算20-22
• 2.2.2 幅相不平衡度对合成效率的影响22-24
• 2.2.3 损耗及合成级数对合成效率的影响24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 W波段功率分配/合成网络设计与研制27-53
• 3.1 微带线的传输特性28-31
• 3.1.1 微带线中的模式30
• 3.1.2 微带线的高次模30-31
• 3.1.3 微带线的损耗31
• 3.2 功分器的基本指标31-32
• 3.3 介质基片的选取32-33
• 3.4 微带分支电桥33-36
• 3.4.1 分支电桥基本理论33-34
• 3.4.2 建模与仿真34-36
• 3.5 微带威尔金森功分器36-40
• 3.5.1 威尔金森功分器基本原理36
• 3.5.2 建模与仿真36-40
• 3.6 共面波导40-43
• 3.6.1 共面波导理论40-41
• 3.6.2 共面波导-微带线过渡结构41-43
• 3.7 工艺流片与测试43-51
• 3.7.1 工艺流片43-46
• 3.7.2 测试与分析46-51
• 3.8 本章小结51-53
• 第四章 W波段功率合成放大器设计与研制53-67
• 4.1 功率合成放大器总体方案设计53
• 4.2 功放芯片选取53-55
• 4.3 功率合成放大器无源网络55-56
• 4.4 功率合成放大器芯片集成布局设计及装配56-57
• 4.5 功率合成放大器在片测试57-60
• 4.5.1 功率合成放大器小信号增益测试58
• 4.5.2 功率合成放大器功率测试58-59
• 4.5.3 测试结果和合成效率计算59-60
• 4.6 直流偏置设计60-61
• 4.7 波导-微带过渡结构61-65
• 4.7.1 波导-微带过渡结构的分类61-62
• 4.7.2 波导-微带探针过渡结构62-65
• 4.8 腔体的设计65-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 5.1 主要结论67
• 5.2 工作展望67-69
• 参考文献69-72
• 在学期间的研究成果72-73
• 致谢73

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本文编号：360896