基片集成功率合成放大技術研究.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來構建功率合成放大器。本文基于基片集成波導（Substrate Integrated Waveguide：SIW）技術對高性能、低成本的功率合成電路進行了比較深入的研究。提出了

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

3、在此基礎上完成了寬帶、低損耗的S波段HMSIW三分貝功率分配器設計。
　　 第二章提出了分層基片集成波導功率合成器方案，給出了兩種實現(xiàn)結構，即波導饋電分層基片集成波導（RWG-SIW）功率合成結構和微帶饋電分層基片集成波導（MS-SIW）功率合成結構。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，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％。測試結果表明：分層基片集成波導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。
　　 第三章提出了采用SIW技術設計實現(xiàn)柔性波導的方案并進行了實驗研究，實驗結果表明柔性基片集成波導具有良好的導波特性，可用于不同部件的波

5、導之間或波導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功率分配/合成器結構，設計并制作了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上實測最大輸出功率約為4.2W（連續(xù)波），在25.1～28.4GHz范圍內，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功率合成技術可有效地用于毫米波寬帶功率合成放大器設計。
　　 第四章介紹了SIW

6、樹狀功率分配/合成結構在微波與毫米波固態(tài)功率合成電路中的應用。在X波段研制了四路樹狀基片集成波導功率分配/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，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％。測試結果表明該功率分配，合成結構具有寬帶、易散熱、結構簡單等優(yōu)點。
　　 第五章將基片集

7、成波導技術應用于緊湊型結構的功率合成放大器設計。利用SIW分支結構實現(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，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，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％）。測試結果表明這項技術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計。
　　 第六章提出了一種低復雜度四載波超寬帶射頻前端設計方案，降低了MB-OFDM（MultibandOrthogonal Frequency Division Multiplexing）UWB系統(tǒng)中正交調