W波段功率合成技术研究

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。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 选题背景及W波段功率合成的目的和意义

1.2 W波段功率合成技术的研究动态

1.3 本文的主要工作与创新点

第二章 W波段功率合成放大技术的理论基础

2.1 W波段功率合成技术介绍

2.2 功率合成效率分析

2.3 本章小结

第三章 W波段功率分配/合成网络设计与研制

3.1 微带线的传输特性

3.2 功分器的基本指标

3.3 介质基片的选取

3.4 微带分支电桥

3.5 微带威尔金森功分器

3.6 共面波导

3.7 工艺流片与测试

3.8 本章小结

第四章 W波段功率合成放大器设计与研制

4.1 功率合成放大器总体方案设计

4.2 功放芯片选取

4.3 功率合成放大器无源网络

4.4 功率合成放大器芯片集成布局设计及装配

4.5 功率合成放大器在片测试

4.6 直流偏置设计

4.7 波导-微带过渡结构

4.8 腔体的设计

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢