6～18 GHz宽带波导合成器设计

开发了一种6~18 GHz宽带四路波导合成器,以标准双脊波导WRD500D36为基础,开发出了脊波导E面分支合成结构和脊波导阻抗变换结构。最终实现的四路波导合成器在带内驻波<2,插损<0.5 d B,合成效率>90%,并对该结构大功率合成的可行性进行了仿真预计。     

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。     

Ka频段波导内空间功率合成功率放大器设计

针对毫米波固态功率放大器中涉及的功率合成技术,提出了一种波导内H面3路功分器以及2×2鳍线叠层式空间功率分配/合成器的实现方法,基于这2种结构设计了一种12路波导内空间功率合成功率放大器,具有体积小、插损低和输入输出驻波好的优点。该放大器对12片4.5 W的功放芯片进行功率合成,在33.5~35.5 GHz频段内输出功率大于45 W,功率合成效率大于79.6%。     

基于柔性基片集成波导技术的Ka波段功率放大器的设计和制作

设计、制作并测试了一个Ka波段八路合成宽带功率放大器.测试结果表明在26.5GHz上最大输出功率约为4.2W(连续波),在26.4GHz上最大合成效率约为72.5%,在25.1～28.4GHz范围内合成效率大于60%.这种功率放大器的基本组成单元是一对含对称尖劈过渡结构的柔性基片集成波导(FSIW).将一组该单元上的对称尖劈沿波导窄壁分别插入相应的输入和输出矩形金属波导,就可在波导内实现宽带、高效率的功率分配和功率合成.结果表明这项技术可方便地用于宽带毫米波固态功率放大器设计.     

6.5~18 GHz大功率双脊波导魔T研制

本文完成了一种6.5~18GHz大功率双脊波导魔T的仿真设计、结构振动模态分析、样品制造以及冷态和热态参量测试。实测性能为:端口驻波比优于1.55,合成臂幅度一致性优于0.2dB,合成臂相位一致性优于3°,E-H臂隔离度优于31.5dB,平衡臂隔离度大于19.3dB,200W连续波大功率下的合成效率达到86.9%;分析得到常压下峰值合成功率容量达到16kW,结构的一阶模态频率为5975Hz。该魔T适用于6.5~18GHz超宽带大功率合成应用。     

基于EBG封装技术的E波段功率合成放大器研究北大核心

基于过模波导功率合成技术及电磁带隙(EBG)的封装结构,设计并制作了工作在71~76 GHz、81~86 GHz的两款4路E波段功率合成放大器。设计的波导T型结功分/合成结构将标准波导通过阶梯渐变波导转换至过模波导,降低了高频功率合成器的加工难度,实现了E波段高效功率合成。设计了周期性金属销钉形成的EBG结构,抑制了金属腔体在高频时产生的谐振模式和平行板模式,提高了腔体的隔离度,实现了高频功率器件的封装。研制的两款固态功率放大器经测试,在71~76 GHz和81~86 GHz范围内,合成功率典型值为8.5 W和7.9 W,典型电源转换效率为12.1%和14.4%,两款功放的T型结合成效率都超过92%。     

超宽带双脊魔T的研制

优化设计并研制了由渐变双脊波导、匹配块、销钉等构成的双脊波导魔T,在18GHz～40GHz范围内实现了功率等分,E、H臂隔离度低于-30 dB,驻波系数小于1.7,等分臂功率差值小于0.2 dB.该超宽带双脊波导魔T具有用于雷达、电子对抗系统、超宽带接收系统等的实用价值,可促进整机小型化发展、提高系统性能.     

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%.     

分层基片集成波导功分器及宽带功率放大器研制

基于矩形金属波导-多层基片集成波导(RWG-MLSIW)功分器技术实现了宽带功率合成.RWG-ML-SIW结构组成比较简单,就是将一组基片集成波导层叠并紧密地插入到矩形金属波导内,通过这种结构方式,可以方便地设计出宽带、低插损功分器和合成器.实际设计并制作了一个X波段四路功率放大器,在8.5～12.4GHz频段内,该功放最大功率输出约为8.6W(连续波),合成效率大于52.5%,其中在11GHz频点上合成效率可达73%.测试结果表明这项技术可方便地用于微波与毫米波固态功率放大器设计.     

Ka波段20W连续波宽带固态功放设计

采用空间功率合成与电路功率合成相结合的功率合成方式,设计了一款工作于Ka波段的连续波宽带20W功率放大器。采用分支波导电桥组合双探针波导-微带转换结构作为基本功率分配/合成单元,然后通过低损耗的4路波导T型结外合成,借助HFSS软件进行仿真优化,依托精密的机械加工技术,进而实现高效率的16路功率合成。测试结果显示：在Ka波段f0-5GHz到f0＋5GHz的频带范围内,该功率合成放大器带内最大饱和输出功率为29.5W（44.7dBm）,最大合成效率达92%。     

无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路研究

基于四阳极结同向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路。采用四支肖特基二极管协同工作,在脊波导小片上下两侧各倒装焊接两支肖特基二极管,构成上下反向结构。采用场路结合的方式,对倍频电路的倍频效率进行了仿真。仿真结果显示输入功率为300 mW,输出频率为213~229 GHz时,倍频效率大于3%;采用E波段功率放大器推动三次倍频电路,获得了倍频器输出功率。测试数据表明,驱动功率为300 mW时,输出频率为213~229 GHz时,输出功率大于5 dBm,倍频效率为1%~2%。     

串联偏置迭堆式毫米波功率放大器的设计

设计了一种串联迭堆式偏置供电的毫米波功率放大器,其漏极供电电压高达+24V。该功率放大器共包含4个单芯片功率放大模块,每个模块承受+6V左右漏极电压。功率合成网络采用一分四的E面波导功分器,模块与功分网络间相互绝缘连接。该功率放大器最终实现的性能指标是:在直流偏置点(+24V,4.2A)条件下,功率放大器在频段26～30GHz内其连续波饱和输出功率大于42.1dBm,功率附加效率大于11.0%。提出了一种毫米波发射机功率输出部分新的构架形式,在模块级别对功率放大器串联馈电进行了首次尝试。     

Ku频段100 W氮化镓发射机设计

针对砷化镓发射机体积大的问题,基于氮化镓功率放大器芯片,研制了一款Ku频段小型化100 W发射机。在改进型波导E-T结和波导—微带探针过渡结构基础上,提出了一种新型四路功率分配/合成结构。发射机机箱采用三明治结构,使用Icepak软件对整机进行了热仿真分析。经测试,发射机在13.75～14.5 GHz频率范围内输出功率大于126 W,整机功率合成效率大于91%。     

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。     

Ka波段16W脉冲功率放大器的研制

Ka波段毫米波功率放大器的输出功率往往受限于功率合成部分的损耗,其合成器多路之间的隔离度、多级放大模块的级间匹配好坏及整体散热性能是影响整个功放可靠性的重要因素.针对上述毫米波固态功放的特点,提出了一种新颖的高效高可靠性的Ka波段宽带功率合成结构,采用低损耗的多支节波导作为功率分配/合成单元,结合以双探针波导-微带转换结构,实现了高效率的8路功率合成,各路之间隔离度大于25 dB,保证了功率合成器的高可靠性.以此为基础成功研制出一个脉冲式Ka波段固态功率放大器模块,该模块在33～37 GHz频段内,最高输出功率大于16 W,小信号增益大于55 dB,功率合成效率达到87%.     

Ku波段宽带大功率多芯片合成设计

设计针对多个Ku波段宽带MMIC功率放大芯片进行大功率合成.对波导多路功率合成结构进行了分析,基于单个Ku波段6W功放单片,进行了16路的功率合成,研制出了工作在12～17 GHz,带宽达到6 GHz的固态功率放大器.通过测试发现该固态功率放大器的输出功率≥70 W,功率增益≥15 dB,工作电压48 V,效率≥16％...     

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%。     

一种紧凑型的宽频带单脊波导功分器

提出一种宽频带、小型化单脊波导功分器结构。分支波导采用标准单脊波导,在维持较高功率容量的条件下拓展了传输模的主模带宽。在T型结处设置一容性金属平板与分支单脊波导相接构成一个宽带电抗性调谐元件,在主模带宽拓展的情况下有效地实现了T型结的宽带匹配。为了能够与标准器件连接,设计了单脊波导-标准矩形波导转换器件,采用多级阶梯匹配的形式使转换器件的阻抗带宽与T型结保持一致。利用高频仿真软件HFSS进行仿真优化,结果显示该功分器在25~40 GHz频率范围内,回波损耗小于–20 d B,信号波动优于0.04 d B,相对带宽为46.2%,实际内部尺寸比标准波导功分器减少38%。该单脊波导功分器具有低损耗、小型化和宽频带的优点,可以广泛应用于雷达、天线以及功率放大器等微波设备。     

毫米波300W固态功率合成放大器的设计

基于单片微波集成功率放大器(Monolithic Microwave Integrated Circuits,MMIC PA)的毫米波波导空间功率合成技术是固态毫米波高功率电子领域的热门研究方向。多合成支路情况,保持较高的合成效率和较宽的工作带宽是实现固态毫米波宽带高功率合成的关键技术难题。为提高功率合成效率,研制了石英基板微带探针与波导之间的过渡结构。结合波导T型分支、波导分支线、波导H面缝隙耦合和波导一分四型的4种波导功率分配/合成器,通过精确的电磁仿真研制了64路功率合成放大器。     

1～8GHz GaN10W巴伦型分布式功率放大器

报道了一款采用0.25μm GaN HEMT工艺研制的1～8 GHz超宽带分布式功率放大器芯片。通过在芯片的输出端设计超宽带巴伦结构,来实现负载阻抗变换,以提高分布式电路的输出功率和效率特性。为了提高电路的增益,设计了一种两级非均匀式的电路拓扑结构。该芯片在1～8 GHz频率范围内,漏压28 V连续波条件下,线性增益大于25.8 dB,功率增益大于23.2 dB,典型饱和输出功率为10 W,功率附加效率大于28.8%。芯片面积为3.5 mm×3.3 mm。