超宽带3mm波段功率合成网络技术研究

摘要

随着3毫米波系统广泛应用于通信、雷达、电子对抗等众多领域，大功率、超宽带的3毫米发射系统对于整个系统起着更加重要的作用，由于3毫米波段单个固态功率放大器的局限性，因此研究超宽带3毫米波功率合成网络具有重要意义。 本文首先介绍了功率合成网络的基本指标，并对二进制功率合成技术的合成效率进行分析。然后以矩形波导、脊波导、脊间隙波导的基本理论为基础，设计了基于脊间隙波导的功率合成网络与基于脊波导探针耦合的波导共面魔T的功率合成网络。 本文的主要研究成果如下: (1)设计了3毫米波段基于脊间隙波导两路功率合成网络，并加工了基于脊间隙波导两路功率合成网络的背对背结构。测试结果显示:在75GHz-110GHz频带内，输入、输出回波损耗优于-15dB，插入损耗小于1.2dB。 (2)设计并分别加工了3毫米波段基于脊波导探针耦合的波导共面魔T两路/四路功率合成网络结构。测试结果显示:在75GHz-110GHz频带内，两路功率合成网络的插耗低于0.5dB，端口的回波损耗优于-16dB，输出两个端口之间的隔离度大于17dB;四路功率合成网络的插入损耗小于0.9dB，各端口回波损耗优于-14.5dB，输出各端口之间的隔离度大于15.5dB。 (3)基于E面波导-微带探针理论，研制了3毫米波段波导探针结构，仿真结果显示:在75GHz-110GHz频带内，端口的回波损耗优于-22dB，插入损耗优于0.12dB。设计并加工了单路功率放大器模块，测试结果显示:在92GHz-96GHz频带内，最大增益为:18.17dB@92.5GHz，最大输出功率为:23.14dBm@92.2GHz。基于脊波导探针耦合的波导共面魔T功率合成网络，设计并加工了3毫米波段功率合成放大器，测试结果显示:在92GHz-96GHz频带内，最大输出功率为:28.41dBm@92.2GHz，最大合成效率为:87.08％@92.4GHz。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题研究意义

1．2毫米波段功率合成技术简介

1．3 3毫米功率合成技术研究进展

1．3．1 3毫米波段功率合成网络国外研究动态

1．3．2 3毫米波段功率合成网络国内研究动态

1．4 3毫米波段功率合成网络技术方案分析

1．5本文的主要工作及内容安排

2毫米波功率合成技术理论

2．1功率合成／分配网络的主要技术指标

2．2功率合成效率分析

2．2．1幅相一致性对合成效率的影响

2．2．2合成级数与电路损耗对功率合成效率的影响

2．2．3功率合成网络中的失效性分析

2．3波导相关理论基础

2．3．1矩形波导相关理论基础

2．3．2脊波导相关理论基础

2．3．3脊间隙波导相关理论基础

2．4阻抗变换理论

2．5本章小结

3基于脊间隙波导的功率合成网络研究与设计

3．1脊间隙波导功率合成理论分析

3．2脊间隙波导功率合成网络设计

3．2．1脊间隙波导转换结构

3．2．2基于脊间隙波导的两路功率合成网络的设计

3．3本章小结

4基于脊波导耦合的波导共面魔T的功率合成网络的研究与设计

4．1基于波导T型功率合成结构

4．1．1波导T型功率合成理论分析

4．1．2基于波导E面T型功率合成结构设计

4．2基于脊波导耦合的波导共面魔T功率合成网络设计

4．2．1波导魔T功率合成理论分析

4．2．2基于脊波导耦合的波导共面魔T两路功率合成网络设计

4．2．3基于脊波导耦合的波导共面魔T四路功率合成网络设计

4．3本章小结

5 3毫米波功率合成网络的无源测试

5．1基于脊间隙波导功率合成网络无源测试

5．2基于脊波导耦合的波导共面魔T两路功率合成网络无源测试

5．3基于脊波导耦合的波导共面魔T四路功率合成网络无源测试

5．4功率合成网络无源测试性能比较

5．5本章小结

6 3毫米波段功率合成放大器的实现与测试

6．1单路功率放大器模块设计与测试

6．1．1 MMIC放大器芯片选取

6．1．2 MMIC放大器芯片装配

6．1．3 MMIC放大器芯片偏置电路设计

6．1．4波导-微带探针过渡结构

6．1．5单路功率放大器测试

6．2 3毫米波段功率合成放大器的方案制定

6．3 3毫米波段功率合成放大器的无源网络设计与测试

6．4 3毫米波段功率合成放大器的测试与分析

6．5本章小结

7总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况