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基于波导的空间功率合成网络研究

作　者: 笪余生
导　师: 赵永久
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 功率合成 功率放大器 毫米波 波导-微带过渡 双探针结构 高隔离度
分类号: TN73
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
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内容摘要


随着现代电子技术的迅速发展，通信、电子对抗和雷达系统对系统的小型化和高功率的要求越来越高。高的输出功率意味着更好的通信质量，更强的干扰与抗干扰能力，更大的雷达作用距离等。在Ka及以上波段，由于单片功率放大器芯片的输出功率有限，无法满足高频大功率系统的要求，因此工程上大多采用功率合成的方法来提高输出功率。同时为了实现小型化，设计适用于多路微波集成电路等方面合成的功率合成网络是十分必要的。本文分析介绍了功率合成理论及影响输出功率、合成效率等参数的主要因素。利用三端口波导到微带的双探针过渡结构实现一种适用于微波集成电路等多路平面电路合成的Ka波段空间功率分配/合成网络，并根据传输线理论的奇偶模分析法对该双探针过渡结构进行相应的分析和改进，以提高功率合成效率和输出功率等。本文的主要内容有：1.完成了Ka波段基于波导的四路空间功率分配/合成网络的设计，实现了四路微带与矩形波导间信号的等功率合成与分配，单个四路功率分配/合成网络的损耗约为0.4dB-0.8dB，网络合成效率达到83.18%。2.完成了Ka波段四路空间功率分配/合成网络的改进工作，在微带支路间引入了隔离电阻，并利用奇偶模理论对改进模块的等效电路进行了详细的分析。改进网络实现了更高的支路隔离和更小的支路反射，减小了功率合成时各支路间的干扰和支路的反射，使得输入合成网络中的功率损耗和反射更小，最终输出的合成功率较改进前也有明显的提高。单个网络的损耗约为0.3dB-0.5dB，合成效率达到89.13%。3.完成了基于波导的Ka波段四路空间功率合成放大器的研制，利用两个相同的背靠背的四路空间功率分配/合成网络，实现波导到四条微带支路以及四条支路到波导的转换，在四条微带支路中间加载4片TGA4505功率放大芯片实现各支路的功率放大，从而最终实现Ka波段的大功率输出。该功率合成放大器在28GHz-31GHz频率范围内，饱和输出功率均大于39.01dBm（7.96W），最大饱和输出功率出现在28GHz频率处，其值为40.22dBm（10.52W）。功率合成模块在28GHz-32GHz频率范围内，合成效率均大于74.8%。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外固态功率合成技术研究现状及分析  13-18
    1.2.1 国外研究情况  13-16
    1.2.2 国内研究情况  16-18
  1.3 本文的主要研究内容  18-20
第二章 功率合成放大技术的基本理论  20-31
  2.1 固态毫米波功率合成技术简介  20
  2.2 功率合成放大器合成技术理论  20-29
    2.2.1 功率合成网络的合成效率  21-24
    2.2.2 幅相不一致性对合成效率的影响  24-26
    2.2.3 合成网络的拓扑结构对合成效率的影响  26-27
    2.2.4 失效支路对输出功率的影响  27-29
  2.3 小结  29-31
第三章 Ka 波段波导空间功率分配/合成网络的设计  31-58
  3.1 常用波导-微带过渡结构简介  31-32
  3.2 波导-微带探针过渡结构  32-34
  3.3 三端口功率分配/合成网络分析  34-44
    3.3.1 波导到微带的双探针功率分配/合成结构  36-37
    3.3.2 改进的三端口功率分配/合成网络  37-44
  3.4 四路功率分配/合成网络分析  44-50
    3.4.1 波导 T 型结构  44-46
    3.4.2 波导空间四路功率分配/合成网络  46-48
    3.4.3 改进的波导四路空间功率分配/合成网络  48-50
  3.5 背靠背的四路功率分配/合成网络分析  50-53
  3.6 无源网络的实现和测试  53-56
  3.7 小结  56-58
第四章 Ka 波段四路功率合成放大器的实现和测试  58-70
  4.1 器件及基片的选择和安装  58-60
  4.2 电源电路的设计  60-61
  4.3 单路放大电路的实现  61-63
  4.4 四路功率合成放大器的实现及测试  63-68
    4.4.1 四路功率合成放大器的实现  63
    4.4.2 小信号增益测试  63-65
    4.4.3 饱和输出功率测试  65-67
    4.4.4 合成效率分析  67-68
    4.4.5 国内外测试结果对比  68
  4.5 小结  68-70
第五章 总结与展望  70-73
  5.1 本文主要工作及贡献  70-71
  5.2 下一步工作与展望  71-73
参考文献  73-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 功率合成器
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