应用于相控阵天线的微波功率放大器的研究与设计

发布时间：2017-04-06 05:02

  本文关键词：应用于相控阵天线的微波功率放大器的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,相控阵技术广泛应用于航空航天、电子对抗、雷达等领域,其优良的性能得到一致的认可。功率放大器的技术指标直接影响到整个相控阵系统的性能,微波功率放大器是相控阵天线射频通道的核心部件。此外,微波功率放大器也是现代无线通信系统中非常重要的单元,在卫星通信、广播电视、微波遥感等领域扮演着举足轻重的角色。随着无线通信技术的飞速发展,对功率放大器的性能也提出了更高的要求,大功率、高增益、高效率、超带宽、小体积成为研究热点。因此,对微波功率放大器的研究具有重要的应用价值。本文主要对功率放大器进行研究和设计,目标是设计一款用于X波段相控阵天线的功率放大器。主要指标包括:在1dB功率压缩点处,输出功率大于30dBm,效率大于20%,以及工作带宽大于500MHz。放大器的设计主要分为理论分析、电路设计、仿真和调试等四部分。具体内容包括:方案设计、器件选型、板材选择、匹配电路设计、偏置电路设计、版图设计、腔体设计、原理图仿真、版图仿真、腔体谐振频率仿真、电路调试和设计改进等。本课题对两种型号的功率放大器进行研究和设计,通过比较两种型号的功率管的测试结果,最终选取Hittite公司的HMC7357LP5GE功率芯片设计了相控阵天线16路射频通道的功率模块。测试结果表明,在1dB功率压缩点附近,功率放大器的输出功率30.07dBm,效率25.50%,小信号增益30.20dB,带宽0.9GHz。测试结果满足设计要求,这表明设计方案是可行的。
【关键词】：相控阵天线 X波段 GaAs 功率放大器 匹配电路
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75;TN821.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 本文的组织安排15-17
• 第二章 基本理论17-29
• 2.1 FET的工作原理17-18
• 2.2 史密斯圆图和散射参数18-22
• 2.2.1 史密斯圆图18-19
• 2.2.2 散射参数19-22
• 2.3 功率放大器的主要技术指标22-27
• 2.3.1 输出功率22-23
• 2.3.2 增益23
• 2.3.3 增益平坦度23-24
• 2.3.4 输入输出VSWR24-25
• 2.3.5 工作频率和带宽25
• 2.3.6 效率25-26
• 2.3.7 稳定性26-27
• 2.4 放大器的分类27-28
• 2.5 功率放大器的主要设计技术28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 X波段功率放大器的总体设计29-37
• 3.1 方案总体设计29-34
• 3.1.1 系统总体方案29-31
• 3.1.2 主要研究目标31
• 3.1.3 主要设计指标31-32
• 3.1.4 本文的主要研究内容32-33
• 3.1.5 课题实施安排33-34
• 3.2 器件和板材选择34-35
• 3.2.1 器件的选择34
• 3.2.2 板材的选择34-35
• 3.3 软件平台简介35-36
• 3.3.1 Advanced Design System36
• 3.3.2 High Frequency Structure Simulator36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 GaAs FET功率放大器设计37-55
• 4.1 芯片简介37-38
• 4.2 基本结构38-39
• 4.3 电路的设计39-45
• 4.3.1 共轭匹配技术39-40
• 4.3.2 匹配电路设计40-42
• 4.3.3 偏置电路设计42-45
• 4.4 版图的设计45
• 4.5 腔体的设计45-46
• 4.6 仿真46-50
• 4.6.1 原理图仿真46-47
• 4.6.2 版图仿真47-49
• 4.6.3 腔体仿真49-50
• 4.7 调试和测试50-53
• 4.7.1 调试50-51
• 4.7.2 测试与分析51-53
• 4.8 本章小结53-55
• 第五章 GaAs pHEMT功率放大器设计55-65
• 5.1 芯片简介55-56
• 5.2 基本结构56-57
• 5.3 电路的设计57-58
• 5.4 版图的设计与仿真58-60
• 5.5 腔体的设计和仿真60-61
• 5.6 测试与分析61-63
• 5.7 本章小结63-65
• 第六章 相控阵天线16路功率放大器设计65-77
• 6.1 两种功率放大器的比较65-66
• 6.2 基本结构66
• 6.3 版图和腔体的设计66-67
• 6.4 测试与分析67-75
• 6.4.1 初步测试67-71
• 6.4.2 改进测试71-75
• 6.5 本章小结75-77
• 第七章 结论与展望77-79
• 7.1 总结77-78
• 7.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 附录83-93
• 致谢93-95
• 攻读学位期间的科研成果95

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