基片集成功率合成放大技術(shù)研究.pdf

1、在微波毫米波頻段，由于受微波單片集成電路（Microwave Monolithic Integrated Circuits：MMIC）工藝水平的限制，單個(gè)MMIC功率放大器芯片所能提供的最大輸出功率往往不能滿足系統(tǒng)要求。解決此問題的有效途徑之一就是采用功率合成技術(shù)來構(gòu)建功率合成放大器。本文基于基片集成波導(dǎo)（Substrate Integrated Waveguide：SIW）技術(shù)對高性能、低成本的功率合成電路進(jìn)行了比較深入的研究。提出了

2、分層基片集成波導(dǎo)功率合成和柔性基片集成波導(dǎo)功率合成方案并進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研制了基于分層結(jié)構(gòu)、柔性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)、梳狀結(jié)構(gòu)的多種基片集成波導(dǎo)功率分配/合成器及其功率合成放大器。此外，還提出了一種低復(fù)雜度四載波超寬帶射頻前端的設(shè)計(jì)方案并研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。論文主要工作如下：
　　 第一章介紹了SIW結(jié)構(gòu)的主要特性及其等效電路。討論了SIW-微帶轉(zhuǎn)換器的簡便設(shè)計(jì)方法并給出了測試結(jié)果。提出了HMSIW-微帶兩節(jié)線轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，并

3、在此基礎(chǔ)上完成了寬帶、低損耗的S波段HMSIW三分貝功率分配器設(shè)計(jì)。
　　 第二章提出了分層基片集成波導(dǎo)功率合成器方案，給出了兩種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)饋電分層基片集成波導(dǎo)（RWG-SIW）功率合成結(jié)構(gòu)和微帶饋電分層基片集成波導(dǎo)（MS-SIW）功率合成結(jié)構(gòu)。研制了十路RWG-SIW功率分配/合成器、四路寬帶RWG-SIW功率分配/合成器和三路MS-SIW功率分配/合成器。其中基于四路RWG-SIW功率分配/合成器研制的功率合成放大器在

4、10.7GHz上最大功率輸出約為8.6W（連續(xù)波），在8.5～12.4GHz范圍內(nèi)，功率增益均大于22.6dB，合成效率大于52.5％，在11.5GHz上最大合成效率為73％。測試結(jié)果表明：分層基片集成波導(dǎo)功率合成電路具有工作頻段寬、各輸出端口幅度及相位一致性好、傳輸損耗小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。
　　 第三章提出了采用SIW技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)柔性波導(dǎo)的方案并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明柔性基片集成波導(dǎo)具有良好的導(dǎo)波特性，可用于不同部件的波

5、導(dǎo)之間或波導(dǎo)與平面電路之間簡便、有效的連接。提出了柔性基片集成波導(dǎo)功率分配/合成器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并制作了Ka波段八路功率分配/合成器和寬帶功率合成放大器。在26.5GHz上實(shí)測最大輸出功率約為4.2W（連續(xù)波），在25.1～28.4GHz范圍內(nèi)，功率增益均大于13dB，合成效率大于60％，在26.4GHz上最大合成效率約為72.5％。說明柔性基片集成波導(dǎo)功率合成技術(shù)可有效地用于毫米波寬帶功率合成放大器設(shè)計(jì)。
　　 第四章介紹了SIW

6、樹狀功率分配/合成結(jié)構(gòu)在微波與毫米波固態(tài)功率合成電路中的應(yīng)用。在X波段研制了四路樹狀基片集成波導(dǎo)功率分配/合成器及其功率合成放大器。四路合成功率放大器在10.4GHz上的1dB壓縮點(diǎn)輸出功率P1dB約為7.1W（連續(xù)波工作方式），在8.9～12.3GHz范圍內(nèi)，增益大于21dB，合成效率大于60％，在9.5GHz上最大合成效率約為73.6％。測試結(jié)果表明該功率分配，合成結(jié)構(gòu)具有寬帶、易散熱、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
　　 第五章將基片集

7、成波導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于緊湊型結(jié)構(gòu)的功率合成放大器設(shè)計(jì)。利用SIW分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)梳狀功率分配/合成電路。在X波段研制了兩種高性能功率合成放大器。實(shí)測SIW四路梳狀合成功率放大器在10.3GHz上P1dB輸出功率約為8.3W（連續(xù)波工作方式），在9.5～11GHz范圍內(nèi)，合成效率大于68.7％，在10.21GHz上最大合成效率約為84.2％（若扣除測試接頭的損耗，約為87.6％）。實(shí)測SIW四路對稱梳狀合成功率放大器在10.4GHz上P1dB輸出功

8、率約為8W，在9.79～10.62GHz范圍內(nèi)，合成效率大于50％，在10.21GHz上最大合成效率約為80％（若扣除測試接頭的損耗，接近83％）。測試結(jié)果表明這項(xiàng)技術(shù)可方便地用于小型化、模塊化微波與毫米波功率合成放大器設(shè)計(jì)。
　　 第六章提出了一種低復(fù)雜度四載波超寬帶射頻前端設(shè)計(jì)方案，降低了MB-OFDM（MultibandOrthogonal Frequency Division Multiplexing）UWB系統(tǒng)中正交調(diào)