基于裂缝波导的固态功率合成

一种矩形波导空间功率合成器的设计安士全;张洪川;张瑞【摘要】介绍了矩形波导空间功率合成技术的工作原理,利用小反射理论和谱域法原理,结合微波仿真软件,对渐变鳍线过渡电路进行了优化设计,使工作频率带宽和合成效率得到了有效提高.在X波段实现了双对极鳍线的空间功率合成系统,在相对带宽大于25％的宽带范围内得到的合成效率大于70％,输出功率大于25 W.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2015(035)001【总页数】4页(P42-45)【关键词】矩形波导;空间功率合成;渐变鳍线;单片微波集成电路【作者】安士全;张洪川;张瑞【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088;扬州蓝剑电子系统工程有限公司,江苏扬州225000;中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN925微波固态功率源是雷达、通信、制导、电子对抗、射电天文等电子设备的重要元件，因此微波功率源的研究一直受到微波设计人员的重视。

然而，受固态器件其自身物理特性的影响，单个管功率的功率远远不能满足电子设备日益增大的功率需求。

功率合成技术成为解决这一难题的有效方法，并得到了迅速发展。

目前，功率合成技术主要分为电路式功率合成和空间功率合成两种方法［1］。

空间功率合成技术在20世纪80年代初由W.Lothar等人提出，其主要原理是利用多个功率辐射单元通过正确的相位关系实现功率的叠加。

功率合成后可以通过天线进行接收，也可以将功率直接合成到高功率需求处。

相比电路式功率合成方式，空间功率合成技术具有以下优点:(1)合成效率更高，而且合成效率跟合成路数无关，不会随合成路数的增加而降低，因此更适合多器件合成的场合;(2)带宽更宽，空间功率合成一般采用过渡结构作为收发天线，通过对过渡结构优化设计后，具有良好的宽带性能，输入输出的隔离性能也更好;(3)可扩充性，通过扩大波束的截面即可实现更多单元的功率合成和更高的功率输出;(4)适度恶化性能，空间功率合成的各单元间为并联关系，相互之间互不影响，因此某单元的失效不会导致系统性能的剧烈下降和毁灭性后果。

X波段150W固态合成功率放大器
蔡捷;罗运生;吴礼群
【期刊名称】《固体电子学研究与进展》
【年(卷),期】2009(29)2
【摘要】介绍了一种利用波导实现X波段芯片级功率合成的方法,波导合成器特别适用于大功率、高频段的功率合成,损耗小、合成效率高。

借助HFSS软件进行仿真优化,然后依托精密的机加工技术制作出来的波导功率合成器,具有良好的输出端驻波和很小的插损。

合成单元20W模块由两个功率单片通过Wilkinson桥合成,在合成之前单独调试,确保功率和相位基本一致。

最后得到的合成功率放大器输出功率大于150W,合成效率接近95%。

【总页数】5页(P206-209)
【关键词】功率合成器;功率分配器;波导;固态功率放大器
【作者】蔡捷;罗运生;吴礼群
【作者单位】南京电子器件研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.75
【相关文献】
1.C波段固态功率放大器的分析与研究 [J], 王秀军
2.基于双平面电路波导合成的X波段固态功率放大器研究 [J], 韩琳
3.X波段连续波150W内匹配功率放大器 [J], 曹欢欢;高长征;崔玉发
4.S波段150W GaN内匹配功率放大器 [J], 杨兴;钟世昌;钱峰
5.C波段GaN空间合成固态功率放大器 [J], 成海峰;徐建华
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一种波导功率合成器的设计彭德强;徐声海【摘要】介绍了一种波导功率合成器的设计方法,采用了合理的结构和工艺,使之具有隔离度高、驻波系数低、功率容量大的特点,对该型功率合成器进行了仿真和计算.结果验证了其实用性.【期刊名称】《舰船电子对抗》【年(卷),期】2014(037)003【总页数】3页(P112-114)【关键词】波导;功率合成器;驻波系数【作者】彭德强;徐声海【作者单位】船舶重工集团公司723所,扬州225001;海军驻扬州723所军事代表室,扬州225001【正文语种】中文【中图分类】TN730 引言随着现代雷达的发展，传统的磁控管、行波管型发射机将逐步被占空比更高的固态型发射机所取代。

由于作用距离的需要，单个的固态管不能满足系统要求，这就要求将多个固态源进行功率合成。

相位一致性、驻波系数、插入损耗是影响功率合成效率的几个关键因素，而用波导功率合成可以很好地解决这些问题，且具有功率容量大的优点［1］。

1 波导功率合成器的工作原理将多路微波功放模块发射出来的大功率信号通过后馈式波导同轴转换的N型头输入，经过合成以后由波导口输出。

考虑到功率合成器的带宽以及效率，用魔T比用电桥更加合适。

为了减小各输入端口之间的相互影响，将单T改为魔T，魔T的一个端口作为输出端，另一端口连接波导负载，为了增大波导负载的散热面积，将负载表面与功率合成器大面积接触［2］。

波导魔T具有以下特征：（1）四端口完全匹配。

（2）E臂和H臂相互隔离，且2个侧臂也相互隔离。

（3）一侧臂输入信号，E臂和H臂等分输出，而不进入另一侧臂。

（4）H臂输入信号，2个侧臂将等幅同相输出，而不进入E臂。

（5）E臂输入信号，2个侧臂将等幅反相输出，而不进入H臂。

以上特征可用S参数表示为：在合成器的设计中，匹配模块尺寸的选取主要根据中心工作波长λ0，考虑直径Dφ和高度h，有以下几个选择参照标准［3］：（1）直径的选取范围：Dφ ＝（0.8～1.1）λ0；（2）高度的选取范围：h＝（0.2～0.3）λ0 ；（3）安装圆锥体的位置应考虑H壁的对称性；（4）调整圆锥体的尺寸优化H臂驻波系数；（5）调整圆柱的高度优化E臂驻波系数。

Ku波段80 W固态功率合成放大器的设计张娟;湛婷;廖原;宋志东【摘要】利用波导电桥和微带双探针设计了一种Ku波段80 W固态功率放大器.波导电桥用于提高合成通道间的隔离度,波导-微带双探针则可提高模块集成度,从而实现了高密度集成下的大功率输出.该功率放大器在13.5～14.5 GHz频率范围内可实现80 W脉冲功率输出,且合成效率高于81％,附加效率高于25％.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2014(027)006【总页数】4页(P35-38)【关键词】波导电桥;波导-微带双探针;固态功率放大器【作者】张娟;湛婷;廖原;宋志东【作者单位】西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100;西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100;西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100;西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN722功率放大器是微波毫米波系统的关键部件之一，早期的微波频段功率放大主要通过真空管器件实现［1－2］，尤其第二次世界大战期间雷达系统的应用对大功率微波技术产生了巨大的推动作用，磁控管和速调管也得到了应用，并带动了行波管技术的发展。

微波固态功率器件是20 世纪70 年代发展起来的，相比于真空管放大器，固态功率放大器以重量轻、尺寸小、可靠性高、成本低等优点备受人们青睐，其应用也日益广泛。

由于固态高功率器件受散热、阻抗匹配和工艺等条件的限制不易实现，必须采用功率合成技术将多个MMIC 功放芯片进行合成来实现高功率放大器。

根据参与合成的电磁波模式，功率合成［3－4］技术可分为电路合成和空间功率合成两大类，采用不同的功率合成方式组合又形成了复合式功率合成技术。

本文提出了一种应用于Ku 波段的分支波导和波导－微带双探针过渡［5］相结合的4 路复合式功率合成网络，该结构可较好地保证功率等幅同相4 等分，以波导作为输入和输出，从而减少输出高功率能量的损耗。

一种基于波导E-T结的新型功分器的设计方法寇阳【摘要】针对传统功分器的不足,提出了一种改进型波导E-T结功分器.通过三维电磁仿真软件CST对其进行了建模仿真,得到一个合理的设计方案,该结构具有高隔离度、低插入损耗、小体积、宽频带等优点.加工的实物经测试在12～ 17 GHz的频率范围内,该功分器的插入损耗＜0.12 dB,回波损耗＞18 dB,隔离度＞15 dB,具有良好的工程应用价值.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)008【总页数】3页(P18-20)【关键词】E-T结;功分器;高隔离度;CST;Ku频段【作者】寇阳【作者单位】中国电子科技集团公司第54研究所卫星通信与广播电视专业部,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN73在卫星通信系统中，EIRP 值是衡量系统性能的重要技术指标，而在天线增益确定后，该指标主要取决于发射机的输出功率［1］。

为了提高发射机的输出功率，工程中通常采用功率合成的方式实现微波大功率输出，这就对功分器提出了更高的要求［2］。

目前常用的功分器主要有:威尔金森功分器，波导E－T 结、波导H－T 结、3 dB分支波导定向耦合器及波导魔T 等［3 ～7］。

威尔金森功分器是一种微带功分器，插入损耗较大，不适合于大功率合成;波导E－T结和H－T 结功分器是最常用的波导功分器，具有体积小、频带宽、插入损耗低、易加工等优点，缺点是两输出端口之间隔离度仅有－6 dB;3 dB 分支波导定向耦合器的两个输出端口相位相差90°，两路输出之间具有良好的隔离度，但是其带宽较窄。

通过对以上各种功分器分析，本文在其基础上提出了一种新型功分器，在波导E－T 结功分器的基础上大幅提高了两个输出端口间的隔离度。

1 理论分析本文论述的功分器是在波导E－T 结功分器的基础上进行改进的，波导E－T 结功分器可以看成是一种无耗三端口网络，它是由一段波导及从波导宽边接出来的分支波导构成，其轴线平行于主波导的TE10模的电场方向，是一种串联分支［8］，其结构示意图如图1所示。

基于波导的功率分配合成网络研究孟旭东;徐松毅;王昕羽【摘要】The output power of a single microwave solid-state device can't meet the high-power output requirement of system at present.So the power combining technique is often used integrate multiple solid-state power devices in a power combiner amplifier to obtain high-power output.This paper introduces a power combine-divide network for power combining based on waveguide and proposes a 4-way waveguide-based spatial power combination/divide scheme,combining with waveguide power divider/combiners and waveguide-microstrip probe transition.The HFSS modelling and simulation are implemented for this scheme.The simulation results show that this scheme can realize the return loss of not more than -20 dB and the transmission loss of not more than 0.5 dB within the frequency range of 13.75~15.35 GHz.%目前单个微波固态器件输出功率无法满足散射卫星通信系统大功率的输出需求，需要通过分配合成网络并采用功率合成技术来实现。

固态毫米波波导空间功率合成技术研究的开题报告一、研究背景和意义毫米波通信是未来5G通信的一个重要应用之一，其主要应用在高速数据传输和物联网等场景。

然而，在毫米波频段下，能量传输的效率与传输距离之间存在一定的矛盾，为了解决这个问题，空间功率合成是提高通信质量和信号传输距离的常用技术之一。

空间功率合成是指通过将多个较小的射频器件组合在一起，合成一个高功率的射频源，从而达到提高信号传输距离和通信质量的目的。

固态毫米波波导是一种适合进行空间功率合成技术研究的器件，其主要特点是频率高、集成度高、功耗低、可靠性高等。

因此，本文将主要研究固态毫米波波导的空间功率合成技术，从而提高毫米波通信系统的传输距离和通信质量。

二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括：1、固态毫米波波导的功率合成原理及其优缺点分析。

2、不同类型的固态毫米波波导器件的制备与测试。

3、毫米波波导功率合成电路的设计、制作和测试。

4、对合成后的射频信号进行测试，分析其传输距离和通信质量。

在方法上，本研究将采用实验室制备的固态毫米波波导器件，利用CAD软件进行电路设计，制作并调试出毫米波波导功率合成电路。

同时，利用射频信号发生器、功率计等测试设备对合成后的射频信号进行传输距离和通信质量等性能测试，并对测试结果进行数据分析，从而确定空间功率合成技术对毫米波通信系统性能的影响。

三、预期研究结果本研究预期获得的研究成果主要包括以下几个方面：1、实验验证固态毫米波波导空间功率合成技术的有效性和可行性。

2、对不同类型的固态毫米波波导器件的制备与测试进行评估，并找出适合功率合成的固态毫米波波导器件。

3、实现毫米波波导功率合成电路的设计与制作，并测试出其传输距离和通信质量的性能指标。

4、对实验结果进行数据分析，提出提高毫米波通信系统传输距离和通信质量的有效策略。

四、研究工作计划本研究将在约18个月内完成，具体工作计划为：第1-2个月：研究文献调研和统计；第3-6个月：固态毫米波波导器件的制备与测试；第7-9个月：毫米波波导功率合成电路的设计、制作和调试；第10-14个月：对合成后的射频信号进行传输距离和通信质量等性能测试，并对测试结果进行数据分析；第15-16个月：撰写本文毫米波波导空间功率合成技术的研究论文；第17-18个月：论文修改和答辩准备。