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《电子科技大学》 2013年
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3毫米波功率合成技术研究

赵翔  
【摘要】:3毫米波段单个固态器件输出功率低,实现3毫米波多路高效率高功率合成对于促进该波段系统应用发展具有深远意义,也是当前3毫米波技术研究的关键难题。本文利用波导低损耗传输特性,在3毫米波段开展波导-微带多路集成功率合成技术研究,在工作带宽、合成效率以及最大功率输出等方面做出了较为突出的成果,具体内容包括: 1.研究毫米波波导-微带多路空间功率合成网络。在3毫米波波导-微带探针耦合理论基础上,研制了3毫米波波导-微带反相双探针空间功率合成网络,在90-100GHz范围内,实测插入损耗约为2.2dB,对应理论合成效率达86.3%。此外,本文还研制了一种适用于3毫米波段的新型波导-微带同相双探针空间功率合成网络。通过采用公共地设计,双探针所连微带线各自具有独立腔体空间,利于固态器件安装。仿真结果显示,在75-110GHz,输入端口回波损耗优于29dB,输出端口相位相同,幅度差小于0.1dB。但是,由于加工误差,所制作的双探针耦合两微带线金属接地面未紧密连接,形成空气腔,导致该功率合成网络在75-100GHz,实测性能波动较大,与仿真结果相差甚远。在90-100GHz,传输系数小于-2.6dB,损耗较大,未能实现低损耗波导-微带过渡。 2.研究H面波导分支电桥理论,研制了可在3毫米波段应用的H面波导分支电桥。将阶梯式波导阻抗变换改进为连续式阻抗变换,减小设计中的不连续性,扩展带宽。其次,将耦合区矩形金属缝改为梯形金属缝,不仅扩展带宽,而且加强金属缝强度,减小加工难度。所研制的3毫米波段H面波导分支电桥,在85-100GHz,实测输入端口回波损耗优于15dB,两输出端口信号幅度一致性良好,幅度差小于0.3dB。 3.研究4端口环形电桥理论,推导了环形电桥各臂导纳值与环形电桥功率分配/合成性能关系,指导环形电桥设计。利用波导低损耗特性,设计3毫米波段低损耗四端口波导环形电桥。在4端口波导环形电桥研究基础上,研制了5端口波导环形电桥。该5端口电桥具有结构对称、输出端口一致性高、损耗小、工作频带宽等优点,在80-98GHz范围内,实测输入端口回波损耗优于14dB,输出信号相位高度一致,幅度差小于0.35dB。 4.研制了3毫米波段4路功率合成放大器。该功率合成放大器采用两级级联的波导环形电桥实现4路功率合成;采用单探针耦合实现波导-微带过渡。测试结果显示,在88.5-93.5GHz范围内,最大输出功率高于450mW,在90.5GHz,最大输出功率达551.9mW;在89.5-95GHz,合成效率高于75%,在93.5GHz,最高合成效率达84.2%。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN73;TN722

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【参考文献】
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