准光技术在毫米波功率合成中的应用

本文综合目前国内外有关准光学谐振腔在毫米波、亚毫米波功率合成技术中应用的研究成果,结合作者在这方面的研究体会,总结了光学谐振腔在毫米波,亚毫米波功率合成中的各种应用,并对几种光学谐振腔的结构及其特性进行了分析和研究,结果表明:光学谐振腔应用于毫米波功率合成是解决毫米波通信中大功率信号源问题的重要途径。     

毫米波的过模准光传输

毫米波的过模准光传输损耗低、功率容量高。本文讨论了毫米波过模准光传输系统的损耗、功率容量,特别是模式激励等问题,推荐了在毫米波和亚毫米波频段可资应用的过模准光波导系列,并介绍了在8毫米频段上所得到的实验结果。     

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%。     

功率相位合成技术在卫星传输系统中的应用

放大器功率相位合成一直以来是卫星地球站功放系统增加输出功率较为流行的方式。除了希望获得较高的输出功率之外,功率合成技术还可以提供在一个或多个功率源发生故障的情况下,功率合成系统仍可以"性能下降但可靠地工作"。也就是输出功率可以下降但不是完全丧失。本文讨论一些卫星信号传输的常见功率相位合成与备份的技术方案。     

毫米波准光功率合成技术的研究进展

总结了毫米波、亚毫米波频段的准光功率合成技术的研究进展,介绍了准光功率合成技术早期的研究成果。重点讨论了近期提出的引入全息技术的准光功率合成技术。全息技术有效地解决了器件小型化和散热间的矛盾,能满足未来更高频率的输出功率和效率的要求。     

基于双色镜的2.3 kW光纤激光光束合成

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。     

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。     

一种新型Ka频段功率合成器的设计

功率合成是获得大功率输出的一项重要技术。当单个器件输出功率受限时,要提高系统的输出功率,功率合成技术是一种有效解决此问题的方法。创新地提出了一种新型的3dB功率合成结构。这种新型结构避免了现有功率合成网络的许多缺点,既保持了较好的3dB功率分配又提高了两输出支路的隔离度。用这样的结构来研制功率放大器可以大大地提高其工作的稳定性和可靠性,能够对昂贵、脆弱的功率MMIC起到保护作用。     

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。     

Ka波段25W固态功率合成放大器

介绍了一种新型的毫米波波导空间固态高功率合成放大器.该放大器中采用的波导-微带空间功率合成网络,在毫米波频段实现了幅度、相位对称的四路功率分配/合成和波导-微带过渡转换,由此研制的毫米波高功率合成放大器,在29 ～31 GHz范围内,合成效率高于80％,输出功率大于43.4 dBm,并在30～30.6 GHz内高于25...     

E波段倍频放大模块设计

E波段是毫米波中非常重要的频段,也是较为缺乏研究的频段。E波段可三倍频至亚毫米波频段,其中220 GHz是大气吸收窗口,具有非常重要的研究价值。基于此,文中设计了一款E波段倍频放大模块,为220 GHz太赫兹发射机提供三倍频源信号,该模块输入频率为11.1~13.34 GHz,输出频率为66.6~80 GHz,输入功率为4~5 dBm,输出功率>18 dBm,增益>13 dB,具有较好的输出功率平坦度。该模块的成功研制为亚毫米波收发模块提供了功率源条件。     

一种基于波导的K波段功率分配网络设计

针对K波段小型化功率合成需求,提出了波导功分器与波导微带转换相结合的设计方案。文中研发了一种6路矩形波导功率分配网络,该网络通过将3路波导功分器与双探针波导微带转换进行级联,借助软件进行设计优化,在24~26 GHz频带内 6 个输出端口具有很低的插入损耗和良好的回波损耗,可广泛应用于微波大功率合成领域中。     

6 ~ 18 GHz 脊波导宽带功率合成放大器

提出一种不通过波导脊背与微带导带接触来实现脊波导-微带射频信号过渡的新型电路,具有工作频带宽、插入损耗小、电性能稳定等优点,非常适合工程应用。通过对该非接触式脊波导-微带过渡与Lange 电桥进行理论分析与仿真计算,提出了一种可覆盖C/ X/ Ku 频段的宽带功率合成方法,并按照该方案在6 ~18 GHz 频段内设计了一种以脊波导为射频端口的高效率2 路功率合成放大器。实测结果表明,6 ~18 GHz 频率范围内的无源合成效率高于87%。采用该电路将典型输出功率12 W 的2 只MMIC 的输出功率合成,在6 ~18 GHz 频率范围内得到了高于20 W 的饱和功率输出,附加效率最高可达28. 9%。该宽带功率合成放大器以脊波导为接口,不但功率容量大,且便于采用脊波导功率合成器进行高效率二次合成,为6 ~18 GHz 更大输出功率的固态功放研制提供了解决方案。     

基于共面臂波导魔T的Ka频段功率合成放大器

无线通信技术高速发展,为实现高速数据传输,需要提高频谱带宽,因此,毫米波技术成为新一代无线通信的关键技术之一。同时,毫米波技术在成像、深空通信、电子对抗等方面都有着广泛的应用。然而,单个固态毫米波放大器的输出功率往往无法满足需求,功率合成技术成为实现高功率输出的必然方法。传统的毫米波功率合成放大器往往体积过大或带宽较窄, 文中提出了一种基于共面臂波导魔T的毫米波功率合成放大器,该放大器基于共面臂波导魔T、波导-微带双探针耦合结构和HMC906 功率放大器芯片,在Ka频段具有宽带、高合成效率和结构紧凑的特点。在27.5~32.5GHz范围内,功率合成放大器饱和输出功率大于8W,合成效率高于85%。与传统的基于分支耦合线的功率放大器相比,体积减小了40%以上。     

A Millimeter-wave Power Combining Amplifier Based on a Waveguide-Microstrip E-Plane Dual-probe Four-way Power Combining Network

This paper presents a new millimeter-wave solid-state power combining amplifier, which is based on a waveguide-microstrip E-plane dual-probe four-way power combining network. With a compact structure and an easy fabrication process, this combining network fulfils waveguide-to-microstrip transition and power combining simultaneously, and shows a broad-band low loss performance in Ka-band. With good thermal property, a four-way high power combining amplifier is fabricated. The measured output power is more than 40 dBm in 32–37 GHz, and the highest output power, 15.8 W, occurs at 32 GHz. The corresponding combining efficiency is more than 77% in 32–38 GHz.     

Ka波段波导二进制空间功率合成放大器

研制了一种连续波Ka波段二进制8路空间功率合成放大器,采用全波导分配/合成结构,结合了分支波导耦合器和空间功率合成技术,具有低损耗、高效率、驻波良好和结构紧凑的特点。在31～36GHz频率范围内,增益为17.5～19.5dB,连续饱和输出平均功率Pout≥10W,工作效率在全频段内大于13%,功率合成效率超过72.5%,最大合成效率超过90%。     

A 5.8 GHz 1 V Linear Power Amplifier Using a Novel On-Chip Transformer Power Combiner in Standard 90 nm CMOS

A fully integrated 5.8 GHz Class AB linear power amplifier (PA) in a standard 90 nm CMOS process using thin oxide transistors utilizes a novel on-chip transformer power combining network. The transformer combines the power of four push-pull stages with low insertion loss over the bandwidth of interest and is compatible with standard CMOS process without any additional analog or RF enhancements. With a 1 V power supply, the PA achieves 24.3 dBm maximum output power at a peak drain efficiency of 27% and 20.5 dBm output power at the 1 dB compression point.     

一种新型Ka频段功率合成放大器的设计

为了提高Ka频段功率放大器的输出功率,设计了一种新型的毫米波波导内空间功率合成放大器.采用魔T功率合成器和波导-微带双探针转换实现的波导内空间功率分配/合成网络,在毫米波频段实现了宽带、低损耗、幅相对称的四路功率合成放大器.该毫米波功率合成放大器的合成效率,在25~29 GHz高于82%,在25~28 GHz高于86%.     

Integrated circuit transmission-line transformer power combiner for millimetre-wave applications

A new approach for power combining several low-voltage CMOS amplifiers using a new on-chip transmission line transformer structure is presented. The power combiner utilises the interconnection of short sections of integrated differential lines and has an efficiency independent of the transformation ratio. Full-wave electromagnetic simulation confirms the operation and low insertion loss of the transformer