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1、-范文最新推荐-1 / 17微波多路功率合成器的设计与仿真摘要在微波通信和雷达发射系统中，为了保证足够远的传输距离，待传输信号须经过一系列功率放大直至获得足够大的功率再送至发射天线。单个固态源所能提供的功率受限于工艺水平而无法输出大功率。采用功率合成技术将多路固态器件输出功率进行同相叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。论文首先对多种功率合成方法进行调研，综述了国内外常见的功率合成技术，从芯片级功率合成、电路级功率合成到空间功率合成，阐明大功率合成的研究意义和国内外发展现状,并以固态电路为主要研究对象，对功率合成器件及合成系统进行了探索性的研究。10409文章的内容主要包括：1：详细介绍了微
2、带线的结构以及主要特性，给出了微带合成理论。并详细比较了几种常见的微带功率合成器，结合指标要求，确定了选用 Wilkinson 功率合成器作为设计的基础。2: 讨论功率合成系统中降低合成效率的因素,包括：合成网络插损，合成信号的幅度、相位不一致对合成效率的影响等。3: 以 Wilkinson 功率合成器为基础设计出单枝节的四合一微带线功率合成器，用辅助软件 ADS 优化并仿真。详细分析仿真结果得出较大的合成效率,很低的插入损耗（-6.4dB）和各端口间很高的隔离度（-20.8dB）,并且各路的幅度相位一致性很好。关键词：功率合成，插入损耗，传输损耗，隔离度，微带线，四合一功率合成器毕业设计说明
3、书（论文）外文摘要Titlethe Design and Simulation of Multi-Channel Microwave Power Combiner-范文最新推荐-3 / 17AbstractIn the system of microwave communication and radar transmitting, to guarantee the transmission distance, the pending transmission signal should be disposed by a series of power amplifications to ob
4、tain adequate power before it be send to transmitting antenna. As the single equipment of electro-vacuum can provide biggish output power, but it is restricted to application in missile launch systemwith harder machining, higher voltage, bigger size ,and so on . The technology of power combining, wh
5、ich composes multi-path solid state power devices in phase to gain a higher output power, which is one of the efficient measures to obtain the higher output power. 目次1 绪论 3 1.1 微波功率合成技术简介 31.2 近年来国内外发展动态 81.3 小结 91.4 论文的工作 102 微带线理论 112.1 概述 112.2 微带线的主要特性 122.3 微带线的不连续性 172.4 本章小结 183 微带合成理论 193.1W
6、ILKINSON 功率分配/合成器简介 19-范文最新推荐-5 / 173.2 奇偶模理论 203.3 常见微带功率分配合成器比较 223.4 本章小结 244 功率合成效率 254.1 功率合成效率的定义 254.2 插入损耗对合成效率的影响 264.3 幅度，相位离散对合成效率的影响 274.4ADS 原理及介绍 315 四合一功率合成器的设计与仿真 375.1 设计原理 375.2 原理图设计及仿真 405.3 版图的生成及仿真 475.4 本章小结 50结论 51致 谢 52参考文献 53 1.1.1 芯片合成技术芯片合成(chip-level)又称为器件合成(device-level
7、 )，芯片合成技术就是在同一个半导体基片上，将多个独立的功率管管芯并联，实现其功率叠加，组合出高输出功率。1968 年 Josenhans 最先提出芯片级功率合成的概念,他将 3 个 IMPATT 二极管芯安装在同一块金刚石基-范文最新推荐-7 / 17体上，使其电性能串连，热传输路径并联，从而提高了输入阻抗，降低了热阻，实测 13GHz 输出达到4.5W。随后，上世纪七十年代末期，Rucker 先在 X波段实现了多芯片功率合成，再将其扩展到40GHz。芯片级功率合成是其他合成技术的基础，只有单个功率芯片输出功率容量大，才能通过其他合成方法组合出更高的输出功率。芯片之间的连接方法有三种:串联，
8、并联，串并联。芯片合成器的缺点主要是输出功率较低。其优点是结构紧凑，不像其它合成方法那样需要精密而复杂的机械加工和装配技术。芯片功率合成存在如下限制：(1)在同一个基片上将多个管芯直接并联，当合成单元数增多时，势必引起其输入/输出阻抗过低，导致阻抗匹配困难。 (2)基片绝大部分面积用于实现无源匹配和合成传输线，传输损耗相对较高，合成效率受到影响。(3)随着频率升高，各管芯之间距离相对于工作波长而言已不可忽略，随合成管芯数目增大，信号到达每个管芯时，将具有不完全相同的电磁场特性，使合成效率降低。(4)功率器件的散热及热稳定性一直是首要考虑之问题，当各管芯间距离很小，管芯间相互热作用不可避免的使每
9、个管芯实际散热面积减小，合成管芯数目过多时，整体器件散热困难。芯片级功率合成是其他合成技术的基础，只有单个功率芯片输出功率容量大，才能通过其他合成方法组合出更高的输出功率。 1.1.3 电路合成技术目前，研究比较多也是较为成熟的一种功率合成技术是电路功率合成技术。电路功率合成技术可以分为好多种，比如，经常提到的谐振型功率合成技术与非-范文最新推荐-9 / 17谐振型功率合成技术是按照波导立体结构区分。通过场耦合的方式将多个单元器件的输出功率耦合谐振型功率合成是将多个单元固态器件的输出功率耦合到合成腔体内，从而实现各个单个单元功率在腔体内合成，获得较高的输出功率，这种合成方式称为谐振型功率合成。
10、从谐振腔体结构特点电路合成技术又可分为以下两种主要方式：(1)直角波导腔体谐振合成； (2)柱形腔体谐振合成。在二端口管器件功率合成上这两种合成方式应用比较普遍，特别是实现振荡器功率合成。在上个世纪六十年代，有些学者利用一些如定向耦合器、双 T、魔 T 等多端口无源器件组成的分配/合成网络来进行功率合成，从而形成了非谐振型功率合成技术。其中，非谐振型合成技术中，最为典型，也是最具代表性的，应用最为广泛的是在 1960 年 E.J.Wilkinson 所提出的 Wilkinson 功率分配/合成电路。Wilkinson 电路是基于微带形式的合成，其中，要求两臂的特性阻抗与传输线特性阻抗成一定关系
11、，为了保持相临路之间的良好隔离，需要在之间加隔离电阻，一般情况下采用的是薄膜电阻。Wilkinson 电路不仅可以实现二路功率分配/合成，还可以将其扩展到 N 路功率分配 /合成。图 1-1 叉状功分器和半平面散射状功分器对于 Wilkinson 功率分配/合成技术，后来者进行很多有益的探索，比如 Herman Kagan.对两臂之间的隔离电阻对整体电路的影响进行了研究，如果不考虑不考虑相邻路之间耦合效应，N 路 Wilkinson 功分器在直接去掉隔离电阻的情况下，相邻路之间的隔离度为 20log(n)，回波损耗可以达到-10log(1-1/n)。 图 1-2 各种功率合成结构等效电路其它常
12、用的非谐振型电路功率合成方法有：(1)支线耦合器，其输出端口有 90 度相移，常以微-范文最新推荐-11 / 17带结构实现；(2)混合环结构，输出端口间信号可以同相，也可以反相，由输入端口确定，端口隔离度及带宽性能优于支线耦合器，常以微带或波导传输线实现；(3)Lange 耦合器，是一种宽带且更适用于 MMIC 的合成技术，一个 6 指 Lange 耦合器在 520GHz 带宽内，端口间隔离度优于15dB，端口回波损耗小于10dB，合成器尺寸仅为 10mm×6.3mm。1.2 近年来国内外发展动态1997 年， A.Alexanian 和 R.A.York 在规则矩形波导内制作了
13、 2×4 的 MMIC 功放阵列，在 X 波段实现了 2.4W 的连续波功率输出，合成效率达到 68%。1999 年， Xin Jiang,Li Liu 等人通过在规则波导宽边交叉开槽，采用波导到微带过渡方式实现了 8 路信号的放大，在 10GHz 处，放大器小信号增益为 16.7 dB,合成效率达到 88%。2000 年， Jinho Jeong 等人通过波导基功率合成方式，波导到微带过渡采用鳍线结构形式，应用 4 个 1W 功率放大单元，在 24GHz 附近实现了 3.3W 的连续波功率输出，合成效率达到 83%。2003 年， Pengcheng Jia 通过过模同轴波导的功
14、率合成方式，波导到微带过渡采用鳍线结构形式，应用32 个功率放大单元，在 6GHz14GHz 频段内，实现了 44 W 的连续波功率输出，合成效率为 75%。2004 年， Mekki,Belaid 等人将模式变换技术应用到功率合成，先将 TE10 模式变换成 TE20 模式，TE20模式再经过四路放大器实现功率放大，在将放大后的TE20 模式变回到 TE10 模式输出，在 Ku 波段实现了大于 1W 的连续波功率输出，合成效率为 80%。2005 年， Kim-Lien 等人采用八路环形波导的功率合成方式，在 59GHz63GHz 频段范围内实现了12.8W 的连续波功率输出，线性增益大于 42dB。 -
