太赫兹间隙波导径向功率合成技术研究

针对太赫兹固态功放研制对于低损耗功率合成器的需求,基于间隙波导技术在200~240 GHz的频段开发了一种4路波导径向功率合成器。经无源测试,该间隙波导径向合成器的回波损耗优于-15 dB,无源合成效率达到了88.7%,展现出了间隙波导在太赫兹频段的低损耗特性。通过封装2只GaN功放芯片形成功率模块为基本单元,进一步开展有源功率合成,最终在220 GHz实现了311 mW的峰值输出功率,在200~240 GHz的频率范围内平均功率合成效率为81%。

太赫兹折叠波导慢波电路及功率合成技术

针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求,提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先,对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究,通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗,0.34 THz处归一化相速度为0.248,耦合阻抗为0.46Ω;其次,提出了用于管内功率合成的3 dB定向耦合器结构设计,分析表明,其在0.31~0.368 THz范围内,幅度平衡度在±0.19 dB以内,隔离度优于24 dB;最后,完成了基于3 dB定向耦合器管内功率合成的折叠波导行波管基本结构设计并构建了仿真模型,仿真结果表明,最大输出功率为9.16 W,增益为26.6 dB,3 dB带宽达到21 GHz。作为对比,单个折叠波导行波管输出功率为6.18 W,故管内合成的折叠波导行波管的输出功率是单个行波管输出功率的1.48倍;此外,与采用常规外置功率合成结构的双行波管组件设计相比,管内功率合成折叠波导行波管的横向尺寸至少缩减了56.5%。

高功率小型化波导E面异频功率合成器的设计

为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求,提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理,通过采用过模矩形波导E面合成的形式,使两个波导滤波器相互平行,两个输入端口相互平齐,以满足特定应用场景的需求。同时,通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制,并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距,在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2λ,宽度为1.5λ,高度为2.8λ(λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长)。仿真结果表明,该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB,合成效率大于98%,输入端口之间的隔离度大于20 dB,在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下,功率容量为310 MW。

一种基于功率合成器和功率分配器的2.45 GHz功率放大器

当前功率放大器在输出效率、输出功率以及线性度等方面不能很好地兼顾,针对这一问题,在三级级联放大方法的基础上,提出了一种基于功率合成器和功率分配器的AB类射频功率放大器。针对线性度和增益的问题,带通匹配和T型网络匹配技术对前置驱动级电路进行了优化设计;利用功率合成技术解决了末级放大器输出功率过大的问题,并且使功率放大器的稳定性和效率得到了保证。为防止功放的温度过高,对功率放大器腔体进行了热特性分析,最高温度为81℃,可以使功放得到良好的降温。在室温测试环境下,当中心频点为2.45 GHz时,射频功率放大器的输出功率为47 dBm,放大增益为42 dB,最大功率附加效率大于45%。测试结果与仿真结果相近,为后续放大器的研究与设计提供了一定的指导。

170GHz二倍频器2路功率合成技术研究

文章研究并实现了基于170GHz二倍频器2路的功率合成。采用三维电磁场仿真设计并实现了E面T型功分/功合器。功率分配器采用WR10标准波导,80GHz~95GHz频带内,插入损耗在0.2dB左右,端口2和端口3之间隔离度在6dB左右。输出功率合成器采用WR5标准波导,160GHz~185GHz频带内,插入损耗在0.4dB左右,端口2和端口3之间隔离度在6dB左右。采用GaAs肖特基二极管单片集成技术设计并制备单路二倍频器,以满足一致性要求;基于170GHz二倍频器2路功率合成的测试结果表明,输入功率在600mW~800mW之间,163GHz~178GHz的输出功率在110mW~264mW,合成效率在80%以上。在171GHz的频点下,峰值输出功率可达264mW,峰值合成效率达到92%。

功率合成方案及原理研究

功率合成在雷达、通信、测控、对抗等电子设备中应用很多，本文结合工程实际，从频率异同的角度，对电路中的几种不同种类和形态的功率合成方案进行了研究和总结，通过严密的理论分析及数学指导，分析和阐述了功率合成的基本原理，给出了理想情况下的最佳功率合成条件及结果。

Ricker脉冲功率合成方法及辐射效率

针对时域天线辐射效率低的问题,对Ricker脉冲展开了研究。首先指出Ricker脉冲具有较高的中心频率,对提高天线的辐射效率大有裨益。然后从时延量精确控制出发,阐述了产生Ricker脉冲的功率合成方法,并推导出合成高阶高斯脉冲最优延时的理论公式。设计了一款单极脉冲源并采用锐化电容法优化了其下降沿,并以该单级脉冲源为基础,设计了一款峰峰值为5.1 kV,主峰半峰值脉宽为350 ps的Ricker脉冲源,其中心频率为0.5 GHz。为了验证以上分析的正确性,针对全金属的时域天线,提出了一种计算辐射效率的简便方法,并利用设计的Ricker脉冲和具有相同脉宽的单极脉冲来激励相同的天线。结果表明,单极脉冲的幅度辐射效率只有60%左右,而Ricker脉冲可以达到80%以上;单极脉冲的功率辐射效率不到40%,而Ricker脉冲则可以提高到60%以上。利用Ricker脉冲做为激励信号,大幅提升了天线的辐射效率,大大减小了发射系统被反射功率损坏的风险,同时对天线小型化有着重要意义,在诸如探地雷达、高功率微波源等时域应用中具有广泛的应用前景。

V频段宽带高效率功率合成放大器设计

介绍了一种基于混合波导魔T的V频段宽带高效率功率合成放大器。采用混合波导魔T结构和超宽带扇形开路薄膜电阻,设计了一款覆盖整个V频段的新型小型化高隔离二路功分器,实测在50~75 GHz频率范围内,平均电路损耗0.2 dB,输入回波小于-20 dB,隔离和输出回波小于-14 dB。基于该电路结构,采用V频段宽带GaN功放芯片,研制了一种3.5 W功率模块,以该功率模块为基本单元,并采用16路高效率功率分配/合成网络,研制出一款V频段宽带高效率功率合成放大器。实测在50~75 GHz的V频段全频段范围内,连续波饱和输出功率大于47 dBm,小信号增益大于46 dB,合成效率全频带内大于82%,在全频段实现了高效率合成和大功率输出。该电路结构紧凑,工作频带宽,合成效率高且便于散热,具有很好的工程应用价值。

基于同频抛物面天线阵列的空间功率合成仿真

以同频抛物面天线阵列为研究对象,以单个抛物面天线口径满足远场条件为工作场景,对天线阵列进行了空间功率合成算法的模型搭建与仿真分析。在算法建模中,构建以正六边形天线阵列为发射天线组阵对象,将各发射天线视为点源,到达接收面的波束为平面波束,计算接收面上各点对应各天线波束与发射天线口径法线间的波束角,根据发射天线的极化方向与波束方向推导出接收点处的场强方向,并将场强矢量分解于三个坐标轴上,同时考虑天线场强的波动行程相位偏移,结合波动方程参与功率合成计算。最后,通过仿真对空间功率合成算法进行了验证,为空间功率合成研究提供一种新的方法。

VHF频段大功率定向功率合成器设计

在100~350 MHz频段的1200 W以上量级的大功率功放模块,需要使用包括四路功率合成器和定向耦合器在内的多个器件。为实现大功率容量、小体积、宽频带和易于模块联调的设计目标,设计了VHF频段大功率定向功率合成器。通过采用反向平衡磁路设计有效降低了磁心损耗,实现了大功率条件下的宽带小体积传输线变压器设计;通过采用带状线结构电路与传输线变压器合成电路一体集成的方式,实现了同时具备四路功率合成和正、反向定向耦合功能的宽带大功率定向功率合成器。功放模块联试显示,在100~350 MHz全频段可实现1200 W长时间稳定工作,占用体积比传统多个组合器件减小了60%以上。

宽带基片集成裂缝波导空间功率合成器

谐振式裂缝波导空间功率合成器,尽管有较高的合成效率,然而其狭窄的工作带宽(3 dB相对带宽不到5%)、繁琐的机械加工工艺和笨重的体积等缺点,极大地限制了它的进一步应用。为了克服以上缺点,采用行波技术和基片集成波导(SIW)技术,研制出了轻便的宽带基片集成裂缝波导空间功率合成器,它的相对工作带宽可达到30%以上,加工工艺为传统的平面工艺,其尺寸、重量和加工成本大幅减小,加工精度和生产效率大幅提高。

一种基于片上功率合成的多馈双频贴片天线

本文提出了一种基于多馈源片上功率合成的双频贴片天线,天线由双频贴片天线、寄生贴片、和馈电探针组成,除了能像传统的天线一样辐射电磁能量外,该设计还能实现天线上的功率合成,并且不需要使用功率合成器,可以避免功率合成器造成的额外损耗以及过大的天线尺寸。该设计根据天线不同谐振的场分布设计端口位置,实现和单馈源天线相同的谐振频率和方向图。仿真结果表示,该设计可以实现在4.1 GHz和4.68 GHz频段内的功率合成。

一种宽带行波管功放大功率合成优化设计

结合功放的主流合成架构,分析了影响功放合成效率的原理。针对宽带行波管功放研制过程中遇到的大功率条件下合成效率过低问题,提出了基于功率检测的相位优化合成方法,实现了大功率宽带行波管功放额定输出功率范围内末级合成效率从74%提升到91.6%。

分布式空间功率合成效率研究及系统建设

目前,分布式导航压制策略被广泛应用于干扰装备,以实现对抗干扰平台的超自由度干扰。然而,由于干扰设备种类繁多,安装和部署条件各异,致使各节点同步能力的欠缺。通过运用高精度时统、高精度定位接收机和激光测距仪等先进技术工具,构建了一个分布式压制干扰系统。该系统能够支持高精度分布式导航压制实验的研究分析。

毫米波准光功率合成评述

本文对各种毫米波功率合成技术做了简单地回顾,综述了几种当前国际上开展的毫米波准光功率合成方法,最后简单地介绍了作者提出的复合式准光功率合成方法。

关于功率合成技术的探讨

功率合成技术是非线性(高频)电子线路课程的基本内容之一.目前国内外许多教材中都介绍了用传输线变压器构成混合网络实现功率合成和分配的内容,但笔者发现其中有些不确切的提法,本文就此进行讨论,并请同行批评指正.

任意分散布阵通信干扰机空间功率合成方法

针对小型化通信干扰机功率不足的问题,提出了一种任意分散布阵通信干扰机空间功率合成方法,采用无线的方式控制各单元的发射时间和发射相位,在不破坏单个干扰机结构完整性和独立性的前提下进行空间功率合成。分析了相位同步误差、定位误差和导向误差对功率合成效率的影响,给出了合成效率为0.8时系统对相位同步精度、定位精度和导向精度的要求。结果表明,随着各项误差的增加,合成效率不断减小并趋于下限;干扰机群分布半径越大,合成效率对导向误差越敏感。

行波光电二极管级联阵列输出功率合成研究

针对未来光载无线通信所需的高功率、大带宽的光电探测器,提出了一种行波光电二极管级联阵列功率合成电路.先将行波光电二极管级联,再按照阵列式结构将多组级联的光电二极管组合起来,实现射频功率合成,以获得高功率、大带宽的射频信号.采用EDA工具,对该光电转换射频功率合成电路进行仿真模拟.仿真结果表明,该功率合成电路可以有效地将各光电二极管的射频输出信号进行功率合成,功率合成后的信号带宽显著增加,仿真结果与理论分析完全一致.此外,电路分析表明,增加该功率合成电路中的高阻微带线的特性阻抗可以有效提高其输出射频信号的带宽.

基于抛物面天线阵的空间功率合成技术

为提高微波空间合成的效率和经济性,提出了一种基于抛物面天线阵的空间功率合成技术。采用抛物面天线作为天线阵列的基本辐射单元,综合考虑空间功率合成效率和相位一致性之间的关系,通过数值分析和理论公式对比得出:合成效率只与单元的幅度和相位有关,与合成单元的数量无关。对阵列单元、天线阵的合成效率进行了软件仿真,得到的合成效率约为92%。结合实验结果,分析了影响合成效率的因素和提高合成效率的方法。

159WX波段固态空间功率合成放大器

根据径向波导的主模特性,提出了一种基于径向波导的空间功率合成系统和它的简化模型.利用HFSS(High Frequency Structure Simulator)软件,开发出了16路宽带空间功率合成电路和159W X波段放大器模块.结果发现,无源合成网络在整个X波段合成效率都优于88%,放大器模块在其工作频率内(11.9GHz^12.3GHz),合成效率优于83%.