6-18GHz小功率增益可调放大器设计技术研究

发布时间：2017-09-06 03:03

  本文关键词：6-18GHz小功率增益可调放大器设计技术研究

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【摘要】：行波管由于其非常宽的工作带宽、单管的高功率增益、非线性条件下优越的性能、优良的噪声水平、很高的效率、超长的使用寿命和在恶劣环境中的可靠性等无可取代的特点,在当今微波功率器件中占有独一无二、无可取代的地位。行波管具有十分复杂的制作过程,尤其是在测试阶段,十分耗费人力物力,而且依靠人工进行手动测量会产生非常多的不确定因素,降低了测试的可靠性。为了提高行波管的一致性、可靠性以及测试效率,我们研究了行波管自动测试系统这一课题,并已取得了一定的成果。在宽带行波管自动测试过程中,需要增益可调放大器作为驱动级,提供频带内不同频率下的前级信号,确保行波管处于饱和工作状态,从而测试其输出性能。本文的内容是在了解超宽带功率放大器的构成以及理论基础之上,设计一款能够应用于自动测试系统的超宽带增益可调功率放大器。主要工作内容为:1、介绍了超宽带功放的国内外发展历程、GaN器件仿真模型以及相应无源器件模型。从定义出发分析了功放的种类以及各种评价功放性能的理论指标,为之后的仿真及测试做好理论铺垫。2、对宽带匹配约束条件以及超宽带匹配理论进行了较为系统的阐述,并对归一化低通原型滤波结构应用于阻抗匹配的理论进行了公式推导,将推导得出的结果运用到超宽带功放的匹配电路设计中,并设计出了一个匹配实例,初步验证了理论的可行性,为之后放大器的仿真设计打下了基础。3、对超宽带增益可调功率放大器进行了设计研究,对GaN芯片进行了小信号建模仿真,得到了接近实测S参数和静态工作点的大信号模型。设计了驱动级放大器、衰减器以及末级功率放大器,并进行了整体的S参数仿真以及末级功率放大器的大信号仿真,取得了一定的结果。之后以仿真结果为参照,制作了实物并进行了测试,取得了一定的进展,为之后自动化测试系统的搭建提供了参考。
【关键词】：行波管 微波 超宽带 增益可调
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75;TN124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 行波管及其测试系统9
• 1.2 超宽带功率放大器的发展9-11
• 1.2.1 国外发展9-10
• 1.2.2 国内发展10-11
• 1.3 论文主要内容及安排11-12
• 第二章 功率放大器基本理论知识12-31
• 2.1 GaN器件概述12-13
• 2.2 GaN HEMT模型13-15
• 2.2.1 Materka模型14
• 2.2.2 TriQuint-Materka模型14-15
• 2.3 无源器件模型15-19
• 2.3.1 微带传输线15-17
• 2.3.2 高频贴片电阻17-18
• 2.3.3 高频贴片电容18-19
• 2.3.4 高频贴片电感19
• 2.4 射频功率放大器的分类19-24
• 2.4.1 线性放大器19-22
• 2.4.2 开关类放大器22-24
• 2.5 散射参数24-27
• 2.6 功率放大器的参数指标27-30
• 2.6.1 功率增益27-28
• 2.6.2 功率附加效率28
• 2.6.3 1dB增益压缩点28-29
• 2.6.4 三阶交调失真29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 超宽带匹配理论研究31-39
• 3.1 伯德-法诺约束条件31-33
• 3.2 诺顿等效变换33-34
• 3.3 归一化低通滤波结构阻抗匹配理论34-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 6-18GHz小信号增益可调放大器设计39-66
• 4.1 放大器的指标要求及器件选择39-42
• 4.1.1 驱动级放大器39-40
• 4.1.2 衰减器40-42
• 4.1.3 末级放大器42
• 4.2 GaN晶体管建模42-49
• 4.2.1 小信号参数模拟43-45
• 4.2.2 静态工作点扫描45-46
• 4.2.3 晶体管稳定性分析46-49
• 4.3 偏置电路设计49-50
• 4.4 输入输出匹配网络设计50-54
• 4.4.1 晶体管输入输出阻抗测量50-52
• 4.4.2 匹配电路设计52-54
• 4.5 放大器整体仿真54-56
• 4.6 放大器的制作56-62
• 4.6.1 介质基板的选取56-57
• 4.6.2 放大器的版图绘制57-58
• 4.6.3 金丝键合58-60
• 4.6.4 SMA接头60-61
• 4.6.5 腔体的制作61-62
• 4.7 放大器的测试62-66
• 4.7.1 静态工作点的调试62-63
• 4.7.2 放大器性能指标测试63-66
• 第五章 总结66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70

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本文编号：801766