宽带高隔离度功率分配器的设计

在固态毫米波功率放大器设计中,单片MMIC 输出功率较小,提高系统功率的有效方法是采用功率合成技术,目前的功率合成技术存在的设计难点是提高各分配支路间的隔离度。本文基于对传统魔T 的分析和改进,提出了一种高隔离度的3 dB 功率分配结构。经实验测试,运用该结构设计的功率分配器,在29.3-39.3GHz 的频带内两等分支路之间的隔离度可高达-42dB,两支路的不平衡度低于0.1dB,插入损耗优于-0.25dB,很好地满足了实际应用的要求。     

一种24 GHz CMOS功率放大器设计

基于130 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种高增益和高输出功率的24 GHz功率放大器。通过片上变压器耦合实现阻抗匹配和功率合成,有效改善放大器的匹配特性和提高输出功率。放大器电路仿真结果表明,在1.5 V供电电压下,功率增益为27.2 dB,输入输出端回波损耗均大于10 dB,输出功率1 dB压缩点13.2 dBm,饱和输出功率17.2 dBm,峰值功率附加效率13.5%。     

一种基于 ６５ ｎｍ ＣＭＯＳ 工艺的 ７７ ＧＨｚ 宽带功率放大器

本文采用65 nm CMOS工艺设计了一款基于四路功率合成的77 GHz （E波段）功率放大器。采用电容中和技术抵消密勒电容的负面效应;利用功率合成技术解决MOS管低击穿电压引起的低输出电压摆幅的问题,将多路输出功率高效合成以实现高功率输出。采用共轭匹配和多频点叠加的带宽拓展技术,有效实现电路阻抗匹配和带宽拓展。后仿真结果表明,在79 GHz处,该功率放大器的最大增益为20.5 dB,-3dB带宽为64～86 GHz,输出功率1dB压缩点为12.7 dBm,饱和输出功率16.6 dBm,峰值功率附加效率为16.5%。该功率放大器版图面积为0.29 mm2;在1.2 V供电电压下,功耗为211 mW。     

毫米波10W空间功率合成放大器研制

提出了一种结构新颖的2×2空间功率合成结构.该结构在30~36GHz范围内,回波损耗优于10dB,插入损耗小于1dB.以此结构为基础再利用4块GaAs MMIC单片制作出了一个新型的功率合成器.该功率合成器在31~34GHz的频率范围内,在±0.64dB的增益波动下能得到大于10W的输出功率,并且在31GHz时具有最大的饱和输出功率13.8W,在带内的平均合成效率大于80%.     

S波段SiC MESFET多胞大功率合成技术研究

优化了芯片版图结构,采用常规工艺制作了SiC MESFET大栅宽芯片。优化了管壳内芯片装配形式,采用电容及电感匹配网络提高了器件阻抗,提高了器件增益。设计并优化了3 dB电桥输入及输出匹配电路,保证了器件最大功率输出及工作稳定性。最终采用管壳内四胞合成及外电路3 dB电桥合成的方法,突破了S波段SiC MESFET多胞大功率合成技术,实现了器件脉冲输出功率达百瓦量级。四胞26 mm大栅宽芯片合成封装后的器件,在测试频率2 GHz、工作电压VDS为56 V、脉宽为50μs、占空比为1.5%工作时,脉冲输出功率为300.3 W,增益为9.2 dB,漏极效率为36.6%,功率附加效率为32.2%。     

毫米波高密度脉冲功率合成放大器设计

提出一种新颖的多层结构功率合成方法,具有密度高、插入损耗小的优点。相比传统双面合成方案,该技术在同样体积内理论上可将合成路数扩展1倍,实现输出功率增长3 dB,因而非常适合应用在对功放体积、重量有严格限制的平台中。通过对该高密度功率合成电路进行理论分析与仿真优化,在8 mm波段设计了一个具有4层电路形式的2×4路功率合成放大器。无源实测结果显示,30~37 GHz频率范围内的合成效率高于91%。放大器采用8只典型输出功率16 W的GaN MMIC单片合成,按35μs脉宽、10%占空比条件进行有源测试,在34~36 GHz频率范围内得到了最小123 W的功率输出,功率增益大于14.9 dB,功率附加效率高于21.7%。     

EHF频段10 W连续波空间功率合成放大器

针对EHF频段卫星通信对固态高功率需求问题,提出一种空间功率合成放大器的设计方案,基于BJ400标准波导的波导T型结功率分配/合成器、H面波导3 dB分支线电桥和波导-微带探针变换相结合的合成高效、结构紧密的空间功率合成。借助三维电磁仿真软件HFSS对无源网络进行仿真优化,依托精密的机械加工技术,进而实现了8路功率合成。驱动功放和末级功放均采用GaAs MMIC功放芯片,实现最小10 W的连续波功率输出。测试结果表明,在EHF频段43~45GHz范围内,1 dB压缩点输出功率最小达到10 W,合成效率高于80%,在该频段上实现了高效率合成和大功率输出。此方案的结构具有尺寸容差大、易于制造和方便散热的特点,在工程应用中有很大的前景。     

W波段集成化收发组件设计北大核心CSCD

基于混合微波集成电路技术(HMIC)设计了一种W波段小型化高频收发组件。该收发组件由固态发射机、环形器和接收机三部分组成。发射支路输入信号经过倍频放大后进入二选一开关,输出到天线自检口或经由环形器输出。为了实现高输出功率,该组件采用功率合成的设计思想,通过3 dB波导桥结构实现对两路功放的合成,解决了单个单片功率放大器的输出功率有限的问题。所设计的收发组件整体尺寸为125 mm×90 mm×26.5 mm。实测结果表明,在90~96 GHz工作频带范围内,遥测电压4.23 V。该收发组件的发射部分输出功率范围为33.6~35.4 dBm,开关隔离度大于110 dB;接收部分增益范围为30.2~33 dB,噪声系数小于6.5 dB。该组件具备良好的射频性能,同时实现了高集成度、大功率、高增益、高隔离度的要求。     

基于GaN的大功率高线性固态发射机研制

介绍了一种GaN大功率高线性固态发射机。利用GaN HEMT的高功率特性,结合新型波导魔T低损耗功率合成的特点,在7.9~8.4GHz范围内实现了连续波饱和输出功率大于200W,效率大于20%。此外,应用新型模拟预失真方法提升功放的线性化指标,在额定输出功率下三阶交调指标(IMD3)优于-30dBc,改善功放的线性度11dB。该发射机具有输出功率大,线性度好等优点,整体性能优于国外同类产品。     

应用于Zigbee通信协议的采用了中和技术的数字控制功率放大器

本文介绍了一种CMOS全片集成的功率放大器,满足802.15.4规范,并采用采用了中和电容技术。采用了一种新型的采用了数字接口的结构,可以使基带信号直接控制PA的输出功率,从而无需DAC。采用中和电容技术以提高反向隔离度。该芯片采用SMIC 0.18um工艺流片。 测试结果表明,在1dB压缩点处,本文所提出的功率放大器具有13.5dB的功率增益,最大3.48dBm的输出功率和35.1%的PAE。核心面积为0.73mm*0.55mm。     

Full Band Millimeter-Wave Power-Combining Amplifier Using a Lossy Power-Combining Network

This paper presents a millimeter-wave broadband power-combining amplifier using a novel lossy waveguide-based power combiner. The lossy combiner has a performance of broadband low-loss combining symmetrically and has properties of good match and high isolation at and between ports, because lossy planar lines are embedded in the lossy combiner and even-mode excitations are weakened. The measured results show that the lossy combiners has a loss of about 0.14 dB and achieves reflection and isolation of about—15 dB in 26.5–40 GHz. And then, using the lossy combiner, a compact lossy waveguide-based four-way-combining network is fabricated. The lossy network has a measured loss of about 0.25 dB and achieves good improvements of match and isolation in the full Ka-band. The improvements can enhance stability of amplifying units when the lossy combining network used in multi-way power-combining amplifier. Using the lossy combining network, a solid-state power-combining amplifier is developed, and corresponding experimental results show that output power is more than 30 dBm and combining efficiency is more than 80 % in the full Ka-band.     

一种S波段线性CDMA用高功率放大器

利用推挽电路和宽边耦合线合成器设计了一种S波段300 W固态高线性功率放大器。推挽电路利于宽带功率匹配,宽边耦合线合成器提高了功率合成的功率容量,从而实现了高线性输出功率的平坦特征。该功率放大器在S波段90 MHz频率范围内实现了线性300 W的功率输出,带内增益65±0.5 dB,三阶互调≤-45 dBc。     

宽带大功率径向波导功率合成器设计

平行板径向波导功率合成器具有工作频带宽,低插入损耗,与放大器和传输线匹配良好,端口隔离度较高,功率容量大等特点。设计了一个1.5kW宽带6路径向波导功率合成器,CST软件仿真结果表明:该合成器在驻波比小于1.1的情况下,其工作频带为1.35~3.3GHz,合成效率达到96%。     

一种新型波导基C波段空间功率合成器 的设计和实现

 介绍了一种新型波导基空间功率合成器的结构设计.采用优化的Klopfenstein型鳍状天线阵,制作实现了C波段(3.2~4.9GHz)2×3层空间功率合成器.器件的外部结构尺寸为70.12mm×98.44mm×160mm,内部集成了6只内匹配的砷化镓微波单片功率管.对该器件进行了功率合成特性的测试,实测性能指标为:在4.2GHz,该器件在连续波输入下线性增益为8.5dB,饱和输出功率为42.82dBm(19.1W),功率附加效率为25.3％ ,功率合成效率达到72.3％.     

50W Ka频段固态功率放大器设计

阐述了3 dB分支波导定向耦合器、波导—微带双探针过渡、改进型波导T型结的原理,介绍了一种4路功率分配/合成网络。提出了一种8路功率分配/合成器,其结构具有插入损耗低、输入驻波好、幅度相位一致性好等优点。研制了50 W Ka频段固态功率放大器,由驱动级放大器、8路功率分配/合成器和8个7 W功放模块组成,在29~31 GHz频率范围内实现了大于50 W的线性输出功率,合成效率高于80%。     

一种Ka波段三路波导功率分配/合成器的设计

提出了一种波导三路功分器结构,该功分器采用E面T型缝隙耦合结构来实现功分比的调节。通过调节耦合缝隙以及感性膜片,使输入阻抗匹配并且实现等功率同相位的三路功分输出。为了实现功率合成,采用对称的两个三路功分器进行背靠背级联实现功率合成网络,仿真结果显示出良好的驻波效果和极低的插损。最终对加工出的实物进行测量,在32.5~36 GHz频段内实现了输出功率幅度不平衡度小于0.5 dB的良好效果。通过背靠背连接两个功分器实现了在33.3~35.3 GHz带宽内插损小于0.3 dB的功率分配/合成网络。     

1.8 GHz Doherty功率放大器小型化技术研究

基于In GaP/GaAs HBT工艺设计了一款工作在1. 8 GHz的三级Doherty功率放大器,第一、二级为驱动级,第三级为Doherty放大器。通过分析Doherty结构,在原有基础上重新设计Doherty电路,使用LC元件替代微带线,减小功率分配网络与合路匹配网络的面积,进而缩小整体电路的面积。将输入、输出匹配网络及功分、合路部分集成至基板上,整体封装尺寸5 mm×5 mm。测试结果表明,芯片输入、输出回波损耗优于-15 d B,放大器整体增益优于33 d B,3 d B压缩点输出功率35 d Bm,其中第三级Doherty放大器峰值功率附加效率(PAE) 47. 9%,8 d B回退点的功率附加效率32. 7%。     

基于薄膜电阻的波导E-T结功率分配/合成器

单个器件输出功率不满足系统要求时,功率合成技术是提高系统输出功率的有效方法.本文详细研究了基于薄膜电阻的波导E-T结功率分配/合成器,最终设计了一种新型的基于薄膜电阻的波导E-T结.该结构具有高隔离度、低插入损耗、小体积、宽频带等优点.通过合理设计薄膜电阻的长宽比,尽量增大薄膜电阻的面积,并且采用高导热的氮化铝陶瓷基板作为微带和薄膜电阻的介质基板,提高了基于薄膜电阻的波导E-T结承受的功率.利用三维电磁场仿真软件HFSS对其进行了建模仿真,加工的实物经过测试在25~34 GHz插入损耗小于0.2 d B,回波损耗优于-15 d B,隔离度优于10 d B.经对比,实测结果与仿真结果吻合,具有较好的工程应用价值.     

一种Lx波段高功率放大器的设计与仿真

本文介绍了一种 Lx 波段高功率放大器的设计方法。利用 3dB 耦合器组成功率分配与合成网络，通过四路合成的方案实现了高功率输出，采用 ADS 软件对功率放大器进行仿真与优化。仿真与测试结果表明，在 Lx 频带内，输出功率大于 930W，效率大于 43%，增益平坦度小于 0.8dB，增益大于 15dB。