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毫米波/太赫兹多路波导功率合成电路研究

王熹  
【摘要】:随着无线通信技术的发展,功分器/合路器在无线通信系统中具有越来越广泛的应用价值。在毫米波/太赫兹(THz)频段,由于缺乏功率较高的信号源,使得毫米波频率高端和太赫兹频段的无线通信技术应用受到了制约,因此毫米波太赫兹多路功率合成技术有希望成为解决太赫兹信号源低功率问题的重要技术手段之一。在毫米波/THz频段,传统平面结构功分器由于损耗严重已经不再适用;准光功率合成结构的高效率和散热相矛盾的问题也没有得到很好地解决;相比前两种结构,波导结构具有功率容量大、损耗小、散热性能好等优点,在毫米波/THz频段具有重要的应用价值。因此本文主要对毫米波/THz频段波导结构的多路功率合成电路进行研究,本文的研究内容包括:1.基于圆波导模式转换器的多路功率分配/合成器,分别设计加工了16路和4路功率分配电路并对这两种电路进行测试和容差分析。16路功率分配器是基于ET分支圆波导模式转换设计,圆波导的过渡模式是旋转对称的TE01模式。测试结果显示,145~168GHz频段,作为功分器,输入端口回波均优于-15dB,幅度不平衡度约为-13.67±1.02dB,相位不平衡度在28°以内。排除因测试原因加长电路尺寸造成额外插损,在实际工程应用中预估合成效率可达到85%;4路功率分配器是基于H-T分支圆波导模式转换,圆波导过渡模式是TM01模式。测试结果表明,在140~167GHz频段内,输入端口回波优于-13dB,电路平均插入损耗约为-7.19dB,相位不平衡度在16.8°以内。排除测试加长了电路尺寸,在实际工程应用时预估合成效率可达到84%。2.基于同轴结构的多路功分器,分别设计了8路径向功率分配电路和方同轴宽带两路Wilkinson功分器。8路径向功分器采用同轴过渡,同轴到径向腔部分采用两级金属圆柱匹配。测试结果表明,82~110GHz频段,输入端口回波均优于-15dB,传输参数-9.49±0.5dB,相位不平衡度在20°以内,合成效率达到90%,表现出良好的性能;基于方同轴传输线,本文设计了X波段一阶等特性阻抗功分器,具有和传统Wilkinson功分器相同的性能,降低了加工和装配的难度。同时,设计了两阶宽带Wilkinson功分器,极大提升了工作带宽,具有宽带、结构紧凑和高功率容量等优势。


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