微波/毫米波功率模块及其应用对微波光子器件的需求

文章介绍了微波/毫米波功率模块的概念,国内外研制发展状况,分析了需求和发展趋势。结合微波/毫米波功率模块的机载拖曳诱饵具体应用,分析说明了其对微波光子器件的需求。

毫米波功率放大器线性化技术

针对毫米波功放的线性化要求,采用反向并联肖特基二极管设计了一种毫米波线性化器,分析了其基本结构和工作原理。利用软件建立模型进行仿真优化,依据仿真数据制作实物并应用于某毫米波频段功放,使得三阶交调指标改善了8 d B以上。结果表明,该线性化器结构简单、易于集成,具有较强的应用价值。

机载Ka波段毫米波功率模块

文章采用将固态放大器与行波管级联而成的微波功率模块的方式,设计了输出功率100W的Ka波段毫米波微波功率模块(MMPM),并测试了相关技术指标,进行了环境以及电磁兼容实验,可以满足作为机载MMPM使用。

某弹载毫米波功率放大器结构设计

随着电子技术的迅猛发展,雷达、通讯、电子对抗等电子设备的整机功率越来越高,体积要求越来越小,因而电子设备的小型化设计和热设计就显得越来越重要。弹载设备的使用环境迥异于机载和地面,对其外形、体积、重量和质心都有严格的要求。毫米波功率器件是无封装的裸芯片,如何对其进行有效防护,是提高设备寿命和可靠性的关键。文中从质量、质心设计及防护设计等方面,介绍了一种弹载毫米波功率放大器的实现过程。

毫米波 WR-15（50-75 GHz）国家功率基准的研制

介绍了一种基于热敏电阻功率座的对称双线结构的 WR-15（50-75 GHz）矩形波导微量热计的设计及传递标准有效效率计算方法。给出了功率基准热电堆测量曲线及该频段毫米波功率传递标准量值结果。该微量热计将作为我国50-75 GHz 毫米波功率基准，将我国的毫米波功率测量能力提高到75 GHz。

毫米波脉冲调制功率放大器设计与实现

脉冲调制功率放大器是脉冲雷达系统的一个重要组成部分.分析了因储能电容、功放稳定电容和金丝键合组装工艺等引入的寄生参数对毫米波漏极脉冲调制功率放大器输出波形的影响,并根据分析和仿真结果设计了工程实物.测量结果表明:研制的脉冲调制功率放大器脉冲调制波形实测上升沿、下降沿均小于60ns,最大脉冲宽度下,脉冲顶降小于10%,脉冲输出功率大于33dBm,满足雷达系统的典型应用需求.

毫米波脉冲调制固态功率放大器设计

脉冲调制功率放大器是雷达系统和通信系统的一个重要组件。本文设计了一种基于单片微波集成电路(MMIC)的毫米波脉冲功率放大器组件,对影响脉冲调制波形的关键参数进行了仿真并研制了工程实物,实测单片输出功率可达32d Bm,上升沿下降沿均小于50ns,满足雷达系统的应用需求。

毫米波国家功率基准及其国际关键比对

文章介绍了一种基于热敏电阻功率座的对称双线结构的矩形波导微量热计的设计和传递标准有效效率计算方法。给出了功率基准热电堆测量曲线及该频段毫米波功率传递标准量值结果。这种新的微量热计将作为我国毫米波功率基准,它将我国的毫米波功率测量能力提高到了75GHz。国际比对是国际多边证书互认的基础,是我国产品进入国际市场准入的质量认证基础,国际关键比对是比对活动中的核心活动。文章介绍了我国参加毫米波WR-22(33GHz-50GHz)国际关键比对情况。

基于改进遗传算法的毫米波功率分配器设计

高效宽带功率分配器是高功率毫米波合成放大器设计成功的关键环节。为缩短产品研制周期、降低成本和提高质量,电路的优化设计日益受到人们的关注。文中引入均匀设计理论,并与改进遗传算法相结合,优化设计了一种基于鳍线的毫米波二路功率分配器。测试结果与仿真结果吻合较好,从而验证了该算法的准确性和有效性.

在高功率毫米波暴露下大鼠和小鼠的致伤和致死实验观察

使用高功率8mm波源，实验观察了在平均功率密度P0≈3．5W／cm^2，不同暴露时间、不同暴露部位条件下，对小鼠和大鼠的致伤和致死情况。实验发现，高功率8mm波暴露下大鼠和小鼠的致伤特点类似于不同程度的烧伤，而眼睛、耳朵等器官易受永久性的损伤。致死实验发现，体重10～200g的大、小鼠由高功率毫米波致死时吸收的能量W与体重m有着较好的线性相关性。

高功率毫米波圆波导TM_(01)—TE_(11)模式变换分析

在数值研究高功率毫米波 TM0 1—TE11光滑弯曲圆波导模式变换的基础上 ,对弯曲波导的几何结构进行了优化分析。在模式耦合理论的基础上 ,优化出了比较好的几何结构 ,并发现了圆波导半径、弯曲圆波导曲率和频率以及频带宽度之间的变化规律。以此数据设计的模式变换器的转换效率可达 99% ,带宽超过 2 9.8%。

高功率毫米波持续急性照射对小鼠行为变化和致死效应影响的初步研究

目的研究高功率毫米波持续急性照射对小鼠行为和致死的影响。方法使用频率为34.1GHz、最大输出平均功率为20W的高功率毫米波源,分别连通4种角锥喇叭天线垂直辐照动物全身。采用视频监控系统实时跟踪记录动物受毫米波辐照后的行为学变化;采用红外辐照仪实时记录动物背部体表温度变化,并进行量效关系分析。结果 4种角锥喇叭天线持续辐照可导致小鼠行为出现一系列类似变化特征,但不同毫米波参数下出现剧烈反应阈值的时间不同,同时小鼠体表温度也出现明显上升。随着辐照时间延长,小鼠最终趋于死亡,同时体表温度上升达到最大值(体温增幅高达18.43℃)。结论高功率毫米波辐照所导致的热效应是主要的致伤和致死因素,受照射小鼠剧烈反应和死亡时间与输出平均功率大小和辐照距离长短密切相关。

高功率毫米波模式变换中的相位重匹配

在模式耦合理论的基础上 ,对过模圆波导TM0 1 TE11模式变换进行了研究 .采用不同的相位重匹配方法和选择相应的结构 ,对TM0 1 TE11模式变换器进行了优化分析 ,得出了圆波导半径、弯曲圆波导曲率和频率以及频带宽度之间的变化规律 .以此结果可设计出相应的紧凑、高效。

高功率毫米波急性持续辐照对小鼠皮肤损伤的影响

目的研究高功率毫米波(HPMMW)对急性持续辐照致死小鼠皮肤的损伤效应。方法使用34.1 GHz毫米波源,分别连通4种角锥喇叭天线垂直辐照小鼠背侧,输出平均功率分别为5、10、12W,辐照距离分别为角锥喇叭天线垂直下方10、20mm,持续辐照直至小鼠死亡。取辐照区域皮肤并立即置于4%甲醛溶液中固定。制备石蜡切片,经HE、天狼猩红染色后进行图像采集,使用图像分析软件(ImageProPlus)定量分析皮肤各层结构的病理变化。结果受辐照小鼠均出现不同程度皮肤损伤,其中喇叭天线HD-320HA24.12辐照组小鼠存活时间较长,皮肤表现为慢性损伤,真皮胶原纤维密度降低、消失,皮下脂肪层变薄甚至消失,肌细胞排列稀疏等。喇叭天线HD-320HA23.16组小鼠存活时间最短,皮肤表现为严重急性损伤,真皮层胶原纤维密度增加甚至无间隙,肌细胞排列稀疏等。喇叭天线HD-320HA9.49和HD-320HA9.92的损伤类型与急性损伤类似。结论 HPMMW急性持续辐照可导致小鼠皮肤损伤,其中高强度辐照可导致皮肤急性损伤,而低强度辐照可导致皮肤慢性损伤,所造成的皮肤损伤可深达小鼠皮下深层组织,各组肌肉层的损伤程度基本相同,真皮层的损伤形式与HPMMW的作用强度和时间有关。真皮层纤维组织及皮下肌细胞的密度和分布形式可作为评价皮肤损伤程度的指标,为深入研究毫米波对皮肤的损伤规律和机制提供依据,并为电磁辐照生物效应的定量化研究提供参考。

高功率毫米波回旋行波管宽带输出窗设计

首先利用场匹配理论建立传输级联矩阵对回旋行波管输出窗进行解析分析。在理论分析的基础上,通过数值计算得到回旋行波管宽带蓝宝石输出窗的初步结构和尺寸,然后利用三维高频分析软件HFSS进行仿真验证。通过大量计算与仿真,为Ka波段TE01模回旋行波管设计出驻波比小于1.2的输出带宽约为6GHz,相对带宽大于17%的高性能3层窗片结构蓝宝石输出窗。通过冷测实验研究表明仿真计算结果与冷测结果基本一致。

高功率毫米波辐照对小鼠皮肤组织拉曼光谱的影响

运用显微激光拉曼仪测定了正常小鼠离体皮肤0-300μm不同深度的拉曼光谱。实验还测定了8 mm辐照一定时间后小鼠受辐照皮肤组织的拉曼光谱。实验结果表明毫米波辐照后皮肤拉曼光谱峰位857,936,1658 cm^-1的相对强度随着辐照时间的增加而减少。这表明由于毫米波热效应皮肤组织中的胶原蛋白构象发生了改变甚至分解,从而进一步表明皮肤组织受到了不可恢复的损伤。

低功率毫米波对荷瘤小鼠红细胞免疫黏附活性的影响及作用分析

目的研究毫米波 (MMW )对荷瘤小鼠红细胞免疫粘附功能的影响。方法健康雄性昆明小鼠 60只 ,体重 (16± 2 ) g ,随机分为两组 ,每组 3 0只。两组小鼠腹腔接种浓度为 1× 10 6/ml小鼠艾氏腹水癌细胞 0 2ml ,接种后当天开始 ,辐射组用频率3 6GHz ,功率密度 0 73— 1 46mW /cm2 毫米波辐射小鼠背部 3 0min ,每日 1次 ,连续 8天。对照组在同等条件下进行假辐射。于辐射后 0d、3d、6d分别取辐射组及对照组小鼠各 10只 ,抽取静脉血 ,分别测定RBC C3b受体花环率 (RCR)、tumour RBC花环率(TRR)、RBC SOD活性及RBC LPO含量。结果在辐射后 3天时 ,辐射组的RCR、TRR显著高于对照组 (P <0 0 1) ,RBC LPO含量下降明显 (P <0 0 5 ) ,RBC SOD活性无明显增加 (P >0 0 5 ) ;在辐射后 0天和 6天时 ,辐射组各测定指标与对照组相比无显著差异 (P >0 0 5 )。结论低功率毫米波辐射可促进荷瘤小鼠红细胞免疫粘附功能 ,减轻红细胞的脂质过氧化损伤 ,其免疫学效应与时间有关。

高功率毫米波辐照对秀丽线虫行为学和细胞形态学的影响

采用角锥喇叭天线,使用不同输出平均功率的毫米波激光辐照秀丽线虫,采用实时显微摄像系统记录线虫行为学变化,并使用体视显微镜观察线虫细胞形态学变化。受照射后自由活动的秀丽线虫能够快速逃离高功率毫米波的辐照区域。当受输出平均功率为10 W和12 W辐照后,线虫先后出现运动速度增加、运动速度减慢直至身体僵直不动的变化过程。当输出平均功率为5 W时,线虫出现热耐受现象。细胞形态学观察结果显示:辐照后的线虫腹中卵细胞核结构出现不同程度的异常。高功率毫米波辐照可显著影响线虫的行为学特征及细胞形态学,同时说明秀丽线虫是可适用于高功率毫米波生物效应研究的模式生物之一。

毫米波氮化镓包络跟踪功率放大器实验研究

为了提高毫米波功率放大器的回退效率并拓展工作带宽,文中对毫米波频段氮化镓包络跟踪(Envelope Tracking,ET)功率放大器进行了实验研究。采用0.15μm氮化镓工艺的功放芯片,由线性电源调制器馈电,进一步采用数字预失真技术改善输出波形的非线性失真来提高线性电源调制器的工作带宽,最终在提高功放芯片效率的同时提升了其线性度。实验测试结果表明,在23~28 GHz频率范围内,当分别采用40MHz带宽峰均比为8.6 dB和80 MHz带宽峰均比为6.4 dB的正交频分复用(OFDM)64QAM调制信号进行测试时,恒压供电的功率放大器的回退效率分别为7.5%~10.1%和12.3%~16.5%,而采用线性电源调制器供电的ET功放回退效率为9.6%~14.3%和16.3%~22.1%,平均提升3%~6%左右,经过数字预失真处理后的邻近信道功率泄漏比均低于-30.1 dBc。

带高阶模谐振腔反射器的过模高功率毫米波源

针对过模系数为2.3的高功率毫米波发生器设计了工作于高次模的谐振腔反射器.谐振腔反射器工作模式为TM035模式,在58～62 GHz频带内对TM01模式的反射系数大于0.9.运用2.5维全电磁粒子程序模拟分析了器件中束波相互作用过程,通过调整慢波结构与谐振腔反射器间的漂移段长度得到了器件在570 kV,6.0 kA电子注量驱动下,在引导磁场为4T时,能辐射出功率1.06 GW、频率为60.2 GHz的毫米波,主要工作模式为TM01模,效率约为31％,起振时间为3.3 ns.