毫米波元器件发展动态
军用毫米波雷达的应用及其发展趋势
控制与制导军用毫米波雷达的应用及其发展趋势同武勤凌永顺蒋金水摘要随着毫米波技术的发展, 毫米波频率的雷达也得到了更深的研究和发展。
评述了毫米波雷达的优缺点, 以及它的应用, 同时详细阐述了军用毫米波雷达发展的新技术和新方法。
主题词毫米波毫米波雷达集成电路应用引言毫米波雷达技术的研究起步很早, 有文献称, 在二战结束前后即已开始, 但至少在20 世纪50 年代就已在毫米波器件研制及毫米波传播损耗水蒸汽与氧气等吸收谱等方面均已取得相当成就, 并已研制成功机场交通管制用的毫米波雷达[ 2 , 5 ] 。
最初, 对发展毫米波雷达的推动力主要来自要在用小口径天线即可获得比微波雷达更窄的天线波束, 高的天线增益。
窄波束具有的高分辨率和由于空间选择性好而带来的高抗干扰能力。
海湾战争和科索沃战争的实践已经表明,“远程打击, 精确打击”技术在军事应用中非常重要, 高精度、高分辨率测量、精确制导和精确目标指示、实现自动目标识别( ATR) 等需求对毫米波(MMW) 雷达的发展提供了巨大的新的推动力。
毫米波雷达的应用主要限制在近程雷达上, 其主要原因有两个: 一是难以获得符合要求的高发射功率和相应的低损耗传输馈线; 二是毫米波在大气中传输时损耗大。
例如, 在8mm 和3mm 窗口, 单程传播损耗分别为0. 08dB/ km 和0. 3dB/ km 左右[ 4 ] 。
1 毫米波雷达的系统概念毫米波雷达系统由两个Modcom p 9250 计算机控制, 并可细分为如图1 所示的一些主要分系统。
发射信号按雷达计算机控制的速率, 通过双工器输出。
回波信号的返回时间也由该计算机控制, 该信号被输入到接收机, 在此, 它经下变频处理并以20MHz 速率采样。
得到的信号由数字脉冲压缩系统压缩处理。
该数字信号被记录在一个“廉价硬盘冗余阵列”( redundant array of inexpensive di sks) ( R AID) 记录系统上, 并且也输入到一个阵列处理机上, 该阵列处理机对这些数字实施综合处理。
2019天线年会交流-毫米波有源相控阵现状及其发展趋势
2018 年 3 月 ， 美 国 卫 星 大 会 上 Isotropic Systems 公 司 宣 布 将 为 OneWeb开发兼容的超低成本用户 宽带终端，并展出了采用转换光 学技术生产出的首个低成本、全
电扫终端。采用蜂窝结构，可进 行不同规模扩展。
2018年3月美国卫星大会上Phasor 公 司 展 示 了 Ka 频 段 非 同 步 轨 道 （ NGSO ） 中 继 型 低 剖 面 电 控 天
天线系统自适应控制天线极化 可同时生成多个辐射波束 计划2018年出售此相控阵天线 最终目标是提供消费级天线，价格需远低于10000美元
（39美元/通道） C-Com公司希望随着时间的推移能够实现可能低于1000
美元的合理消费价格（3.9美元/通道）。
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一、毫米波有源相控阵现状
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一、毫米波有源相控阵现状
2 2018年-2019年毫米波相控阵现状
根据欧洲航天局（ESA）官网2018年11月21日报 道，ESA通过卫星进行了首次5G现场演示验证， 向人们展示了如何通过欧洲空间和地面节点的巧 妙设置，实现物联网（IoT）设备连接。本次试验 旨在证明，通过太空卫星运作可在全球任何地方 部署5G服务。
毫米波5G天线的一个显著特点：将使用系统级封装技术（AIP），以降低成本、提高集成度，通道输出的功率在mw量级。
UCSD
Anokiwave
Mitsubishi
Bell Labs
Lattice
IBM
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二、毫米波有源相控阵技术趋势
1、向新型武器平台扩展和5G领域延伸
随着美国军事再平衡、空海一体战、第三次抵消战略的不断提出，下一代传感器飞机、自主无人机、高超声速飞行器等新型 作战平台不断出现。相控阵天线的宽带、共形一体化、轻薄化、低功耗技术的发展，作为为武器系统提供态势感知和打击瞄 准等情报保障的重要手段，相控阵天线将会越来越普遍地得到应用。
2024年毫米波雷达市场调查报告
2024年毫米波雷达市场调查报告1. 前言本报告对毫米波雷达市场进行了调查研究，旨在分析市场规模、市场发展趋势以及市场主要参与者等方面的情况。
2. 毫米波雷达市场概述2.1 市场定义毫米波雷达是一种利用毫米波进行探测和测量的雷达系统。
它具有较高的频率和较短的波长，可以提供更精确的测量结果。
2.2 市场分类根据应用领域，毫米波雷达市场可以分为军事与国防、汽车、航空航天、工业及安全等多个子市场。
3. 毫米波雷达市场规模分析3.1 全球毫米波雷达市场规模根据数据显示，全球毫米波雷达市场规模在过去几年内持续增长，并预计在未来几年内继续保持增长趋势。
3.2 毫米波雷达市场增长驱动因素毫米波雷达市场的快速增长主要受到以下因素的推动：- 新一代汽车技术的发展，如自动驾驶技术的普及，提高了对高精度雷达系统的需求。
- 军事与国防领域的增长，对于高精度探测和监测系统的需求不断增加。
- 工业和安全领域对于非接触式、长距离测量的需求不断增加。
4. 毫米波雷达市场主要参与者4.1 公司A公司A是毫米波雷达市场的领先参与者，该公司在研发和生产毫米波雷达方面具有丰富经验，并拥有广泛的客户基础。
4.2 公司B公司B是另一家在毫米波雷达市场中具有竞争力的公司，该公司在汽车领域的应用方面做出了突出贡献。
4.3 公司C公司C则在军事与国防领域的毫米波雷达应用方面表现出色，其产品在国际市场上具有竞争力。
5. 毫米波雷达市场发展趋势5.1 自动驾驶技术对市场的影响随着自动驾驶技术的发展，对于高精度、远距离探测的需求将进一步增加，因此毫米波雷达市场有望继续保持增长。
5.2 5G技术的推动5G技术的广泛应用将进一步推动毫米波雷达技术的发展和应用，为市场提供了新的增长机遇。
6. 结论毫米波雷达市场在全球范围内呈现出良好的发展势头，主要受到新一代汽车技术发展的推动以及军事与国防、工业和安全领域的需求增加的影响。
市场主要参与者如公司A、公司B和公司C在市场上具有一定的竞争优势。
2024年被动元器件市场发展现状
被动元器件市场发展现状概述被动元器件是电子设备中必不可少的组成部分，包括电阻器、电容器、电感器等。
它们作为电路中的基本构件，发挥着连接和调节电流、电压的重要作用。
被动元器件市场受到电子设备需求的驱动，长期以来一直保持着稳定的增长态势。
本文将对被动元器件市场的发展现状进行分析和探讨。
市场规模随着电子设备应用日益广泛，被动元器件市场规模不断扩大。
据研究机构的数据显示，2019年全球被动元器件市场规模达到1000亿美元，相较于2018年增长了5%。
预计到2025年，市场规模将进一步扩大，达到1500亿美元。
主要驱动因素被动元器件市场的发展受到多个因素的驱动。
首先，电子设备的快速发展是推动市场增长的主要因素之一。
智能手机、平板电脑、智能家居等电子产品的普及带动了对被动元器件的需求。
此外，新兴技术如物联网、人工智能等的快速发展也对市场需求起到了促进作用。
其次，汽车电子化的趋势也推动了被动元器件市场的增长。
随着汽车电子化水平的提高，车载娱乐、安全系统、自动驾驶等功能的迅速发展，对被动元器件的需求也随之增加。
另外，全球经济的持续增长也为被动元器件市场创造了良好的发展机遇。
各个领域如通信、工业控制、医疗等，对于高品质和高性能的被动元器件需求不断增加。
市场竞争格局被动元器件市场竞争激烈，主要来自于国内外的厂商和品牌。
国际厂商如松下、三星、欧姆龙等占据着市场的主导地位，它们拥有先进的制造工艺和成熟的技术支持。
国内厂商如海尔、京东方、长电科技等也在市场中积极发展，通过提高产品质量和技术创新来增强竞争力。
另外，产业链的整合也是市场竞争的重要方面。
一些大型企业通过收购或兼并其他企业，实现全产业链布局，提高市场占有率和综合竞争力。
面临的挑战被动元器件市场虽然发展迅猛，但也面临一些挑战。
首先，市场竞争激烈，价格战较为常见。
厂商为了争夺市场份额，常常通过降低价格来吸引客户。
这对厂商的利润空间造成了一定压力。
其次，技术创新和产品升级的速度较快。
毫米波技术发展史
毫米波技术发展史毫米波技术是一种电磁波技术，其波长介于毫米和微米之间，频率范围在30 GHz到300 GHz之间。
以下是毫米波技术发展史的主要里程碑：1. 19世纪末：天文学家首次发现了毫米波辐射。
在尝试测量太阳辐射时，发现了位于毫米波频段的电磁波。
2. 1930年代：毫米波技术开始应用于无线通信领域。
当时，一些科学家开始研究毫米波的传输和反射性质，并试图将其用于雷达系统。
3. 1950年代：随着技术的进步，毫米波雷达技术开始得到实际应用。
毫米波雷达在航空、气象和军事等领域有了广泛的应用。
4. 1960年代：毫米波技术在微波集成电路和半导体器件方面取得重大突破。
这些进展促使毫米波技术在通信和雷达领域的应用进一步发展。
5. 1980年代：随着半导体技术的发展，毫米波技术在通信和雷达系统中得到更广泛的应用。
毫米波通信技术开始应用于无线通信系统，如微波通信和雷达。
6. 1990年代：毫米波技术在无线通信领域取得了重大突破。
毫米波通信开始应用于高速无线数据传输，成为无线通信领域的重要技术之一。
7. 21世纪初：随着移动通信和高速数据传输的需求不断增加，毫米波技术进一步发展。
毫米波通信被广泛应用于5G无线通信系统，以支持更大带宽和更高的数据传输速率。
8. 当代：毫米波技术在无线通信、雷达、遥感、医疗成像和安1/ 2全检测等领域得到广泛应用。
随着技术的不断进步，毫米波技术有望在更多领域发挥重要作用。
总的来说，毫米波技术经历了一个逐步发展和广泛应用的过程。
从最初的科学发现到今天的5G通信和其他应用，毫米波技术在无线通信和其他领域的发展取得了显著的成就，为人类的通信和探索提供了新的可能性。
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2024年波导元件市场发展现状
波导元件市场发展现状简介波导元件是指利用波导传输特性实现特定功能的电子元件。
它在微波和毫米波领域具有重要应用，广泛用于通信、军事、航空航天和医疗等领域。
本文将介绍波导元件市场的发展现状，包括市场规模、应用领域、主要厂商和发展趋势。
市场规模波导元件市场在过去几年中持续增长，并呈现出良好的发展势头。
根据市场研究机构的数据，在2019年，全球波导元件市场规模达到了XX亿美元。
预计到2025年，市场规模将达到XX亿美元，复合年均增长率为X％。
应用领域波导元件在通信领域具有广泛应用。
随着5G通信的快速发展，对波导元件的需求也越来越高。
波导滤波器、耦合器和分束器等元件被广泛用于5G基站和终端设备。
此外，波导元件还在雷达、无线电频谱分析、航空导航和医疗诊断等领域中得到应用。
主要厂商目前，波导元件市场竞争激烈，主要厂商包括： - 公司A：该公司是全球领先的波导元件制造商，产品包括各类波导滤波器、耦合器和功率分束器等。
公司A具有先进的技术和丰富的经验，其产品质量和性能得到市场广泛认可。
- 公司B：该公司专注于波导天线的研发和生产，供应给5G通信设备厂商。
公司B的产品在技术创新和性能方面具有竞争优势，在市场上占据重要地位。
- 公司C：该公司是波导元件领域的新兴厂商，其产品主要面向航空航天和军事领域。
公司C拥有强大的研发团队，致力于创新和产品差异化。
发展趋势1.技术创新：随着通信技术的快速发展，波导元件在性能和功能方面的要求不断提高。
厂商们将加大研发力度，不断推出新型的波导元件，以满足市场需求。
2.产业协作：由于波导元件市场的竞争激烈，厂商之间将加强合作与协作，共同推动波导元件产业的发展。
合作可以带来技术、资源的共享，提高产品的品质和竞争力。
3.国际市场拓展：目前，波导元件市场以北美和欧洲为主，占据了市场的大部分份额。
随着亚太地区的经济增长和5G通信的普及，亚太市场潜力巨大。
厂商将加大在亚太地区的市场拓展和布局。
毫米波技术及其应用分析
毫米波通信系统可 以分为地球上 的点 对点通信和通过卫星 的通 信或广播。 现在地球上的点对点毫米波通信基本上只用于对保 密要求 较高 的接力通信 中 因为地面上的干线通信基本上 已实现 了光缆化 而在卫星通信中则由于毫米波段频率资源丰富而得 到了迅速发展 但 在星际通信时则使用 了 ５ ｍ ｍ （ ６ ０ Ｇ Ｈ ｚ ） 波段 ． 因为在此频率处大气损耗 极大 ． 地面无法对 星际通信 内容进行侦 听。而在星际由于大气极 为稀 薄． 不会造成信号的衰落 。 美国的” 战术 、 战略和中继卫星系统” 就是一 个例 子。该系统 由五颗卫星组成 ．上行频率 为 ４ ４ Ｇ Ｈｚ 下行频率 为 ２ ０ Ｇ Ｈｚ ． 带宽为 ２ Ｇ Ｈ ｚ ， 星际通信频率为 ６ ０ Ｇ Ｈ ｚ 。
毫米波的工作 频率介于微波和光之间 ， 因此兼有两者的优点。它 具有 以下主要特点 ： ｉ ） 极 宽的带宽 ， 通常认 为毫米波频率范围为 ２ ６ ． ５ ～ ３ ０ ０ Ｇ Ｈ ｚ ． 超过从直流到微波全部带宽的 １ Ｏ 倍。 ２ ） 波束窄 。 在相 同天线 尺寸下毫米波的波束要比微波 的波为清晰地 观察 目标的细节。３ ） 与激光相 比， 毫米波传 播受气候 的影响要小 ， 可认 为具有全天候特性 。 ４ ） 和微波相比． 毫米波 元器件 的尺寸要小得多 ． 因此毫米波系统更容易小型化 由于毫米波 的这些 特点 ， 加上在电子对抗 中扩展频段是取得 成功 的重要手段 。毫 米波技术和应用得到 了迅速的发展
件的研究 向多功能单 片集成 的方向发展 因其作用距离 不需要很远 ．故发射机 的输 出功率不需要很 高 ， 但 ２ ． １ 材 料 研 究 的 进 展 要求有很高 的距离分辨率 （ 达 到米 级） ． 同时要能测速 ． 且雷 达的体 积 Ｇ ａ Ａ Ｓ 、 Ｉ ｎ Ｐ 及Ｈ Ｅ Ｍ Ｔ （ 高电子迁移 晶体 管１ 中采 用的异质结构 材料 要尽可能小 。 所 以采用 以固态振荡器作为发射机的毫米波脉冲多普勒 的应用 ． 产生 出性能更好 的器件 例如 Ｇ ａ ＡＳ ｔ ＭＰ Ａ Ｔ Ｔ在功率和效率方 雷达 采用脉冲压 缩技术将脉宽压缩到纳秒级 ． 大大提高了距离分辨 面 比硅有更大 的潜力 ． Ｉ ｎ Ｐ Ｇ ｕ ｎ ｎ器件的转换效 率比 Ｇ ａ Ａ Ｓ器件大 ２ ３ 率 。利用毫米波多普勒颇移大的特点得 到精确 的速度值。 倍， 噪声系数也较低’ 最高工作频率可达 ２ ２ ０ Ｇ Ｈ Ｚ ， Ｈ Ｅ Ｍ Ｔ以高速 、 高频 １ ． １ ＿ ３ 直 升 飞 机 防 控 雷达 和低噪声的性能独树 一帜 ． 称为假晶型高迁移率 晶体 管 ． 它 比通常的 现代直升飞机的空难事故 中． 飞机与高压架空 电缆相撞造成的事 更胜一筹 ，它利用一 薄层 的材料界于二维 电子气和未掺杂的之间， 可 故 占了相 当高的 比率 因此直升飞机防控雷达必须能发现线径较细的 以克服标准漏极 电流～ 电压特性 被破坏 的现象。 提高的性能 高压架空 电缆 ． 需要采用分辨率较高 的短波长雷达 ． 实际多用 ３ ｍ ｍ雷 ２ － ２ 固体器件工艺更加成熟 达。 在材料 制备上广泛采用分子束外延技术， 沟道加工采用微细加Ｔ １ ． ２ 导 弹 的末 制 导 系 统 方法 已达亚微 米级 ， 结构上采用 电镀热沉降 、 倒装 、 多棚条 、 多单元并 由于毫米波制导兼有微波制导和红外制导 的优点 ． 同时毫米波天 联方法 使器件 的性能显著提高并趋于成熟 线的旁瓣可 以做得很低 ． 敌方难 于截获 。 增加了集 团干扰 的难度。 加之 毫米波制导 系统受导弹飞行中形成 的等离子体 的影响较小 ． 国外许多 ３ 结 束语 导 弹的未制导采用了毫米波制导系统 ， 如“ 黄蜂 ” 、 等导弹。 毫米波制导 毫米波技术是－ －Ｉ ＇ １ 正在发展 中的学科 ． 其发展对巩 固国防和发展 系统 最初 有两种 工作方式 ： 一是 ， 主动方式 ， 这种方式作用距离 远 ， 但 国民经济都有重大意义 要 在现代战争中立于不败之地 ． 取得制 电磁 由于角闪烁效应及其它一些造成指 向摆动的因素会影响制导精度 。 二 权是极其重要 的。毫米波技术的发展需要两个基础 。一是 ， 理论的发 是． 被 动方式 ， 这时没有角闪烁效应 ． 制导精度很高 ， 但作用距离有限。 展． 在毫米 波段无论是系统的构 成还是元器件的设计制造都 出现 了许 为此 经常将两者结合起来使用 即在距离较远处采用主动方式 ， 当接 多新概念和新思想 ， 需要进行理论研究 ， 给 出新的设计方法 。二是 ， 材 近 目标时转 为被动方式 后期又发展了一种“ 半主动 ” 体制 ． 即在 导弹 料科学的发展 ， 毫米波元器件的发展需要更好的材料 的支持 。 的引导头中没有毫米波发射机 ． 只有接收机。发射机装在另外 的武器 平台上 ． 对目 标进行照射 引导头接收从 目标反射 回来 的信号进行制 【 参考文献】 导 也能既保 证作用距离又避免角闪烁效应 。 还 因为发射机和导 弹不 ［ １ ］ 薛 良金． 毫米波工程基础［ Ｍ ］ ． 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 出版社 ， ２ ０ ０ ４ ． 在一起 ． 提高了抗干扰和生存能力 ［ ２ ］ 阮炎． 毫米波技术在军事中的应用． 现代军事通佩 Ｊ １ ｌ ２ ０ ０ ５ （ ６ ） ： ６ １ — ６ ３ ． １ － ３ 基于毫米波 的电子对抗 ［ ３ ］ 曹 卫平 ， 等． Ｋ ａ 波段倍 频放大 组件Ⅲ． 红外 与毫米 波学报 ， ２ ０ ０ ３ ， ２ ２ （ ２ ） ： １ ５ ７ — 毫米波雷达和制导 系统 的发展 ．相应的 电子对抗手段也发展起 １ ６ ０ ． 来 由于毫米波雷 达和制导系统的波束很窄 ， 天线的旁瓣 可以做 得很 低． 使侦察和有源干扰都 比较 困难。因此无
毫米波有源相控阵现状及其发展趋势
毫米波有源相控阵现状及其发展趋势毫米波有源相控阵（Active phased array at millimeter wave）是一种将毫米波频段和相控阵技术相结合的无线通信技术。
毫米波有源相控阵利用大量发射天线单元和接收天线单元，通过相对位相控制和幅度控制实现对无线信号的发射和接收。
这种技术具备传输速率高、抗干扰性强、抗衰落性好等优点，因此在5G通信、雷达、无人机通信等领域中有着广泛的应用前景。
目前，毫米波有源相控阵在5G通信领域得到了广泛的关注和研究。
由于毫米波频段具备大带宽的特点，可以提供高数据传输速率，因此被认为是5G网络实现高速、低延迟通信的关键技术之一、而有源相控阵技术的运用可以实现对毫米波信号的精确指向性传输和接收，提高通信质量和覆盖范围，同时也能够降低功耗和成本。
然而，毫米波有源相控阵在实际应用中仍面临一些挑战。
首先是信号传输损耗问题，毫米波信号的传输衰减较大，需要更多的中继设备来提供覆盖，并且大量的天线单元的布局也会增加系统的复杂度。
其次是天气影响问题，毫米波信号对大气中的雨雾和其他雨滴会产生严重的信号衰减，因此在设计中需要考虑天气状况对信号传输的影响，以保证通信质量。
针对上述问题，目前的研究方向主要包括以下几个方面：首先是信号处理算法的研究，通过引入自适应波束形成和干扰抑制算法，提高信号传输效果和系统容量；其次是天线设计的优化，包括天线单元的布局、尺寸、天线阵列的形状等方面，以提高天线的性能和覆盖范围；另外，对于天气影响问题，研究人员也在探索如何通过改进天气预测算法和降低信号衰减的方法来提高信号传输质量。
虽然毫米波有源相控阵还面临一些技术挑战和应用限制，但随着5G 通信技术的快速发展和商用化进程的推进，相信在不久的将来，毫米波有源相控阵将在通信领域有更广泛的应用。
它将为无线通信提供更高的传输速率和更可靠的连接，从而推动智能化、物联网等应用的发展，并促进数字经济的蓬勃发展。
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毫米波固态电路
Millimeter Wave Solid-State Circuits
推动毫米波技术发展的关键 振荡器—Oscillators 混频器—Mixers 放大器—Amplifiers 功率合成器—Power Combiner 倍频器—Frequency Multipliers 检波器—Detectors 开 关—Switches 移相器—Phase Shifters 。。。。。。。。。。。
GaAs Gunn谐波振荡器种类
宽带机调谐波振荡器 电调谐波振荡器（VCO） 高Q腔稳频谐波振荡器 接不同的输出 双频段基波、谐波振荡器 波 导 实 现 基 波 或谐波输出 双端口输出谐波振荡器 基波注锁谐波振荡器 基波锁相谐波振荡器
我校在谐波振荡器提取技术方面的研究情况
• 毫米波产品尤其是毫米波高端频率受到国外严 格禁运 • 瞄准谐波提取技术进行开发研究意义重大 • 八十年代国内具备的条件：已生产出六毫米
率约为60GHz
• 实践见证(1975年)：95GHz GaAs Gunn 振荡器问世 • 实验方法证实(直到八十年代初)：原来GaAs Gunn器 件是工作在谐波提取工作模式。也就是说，除了检 测到的实际输出频率外，还在其恰好二分之一的频
率点和二分之三的频率点上发现了振荡频率
• 理论和实验研究表明：谐波振荡器具有比一般基波 振荡器更好的抗负载牵引能力
输出功率21W
21W 15mW
70mW 调制器1
1.3W 调制器2
8W 调制器3
13W 调制器4 调制器5
毫米波固态放大器
两端器件
反射型放大器或负阻型放大器 （如Gunn、IMPATT diodes） 传输型放大器（双极晶体管
三端器件
或MESFET、HEMT等）
MMIC——8mm波段：100mW～10W(连续波) 3mm波段：100mW～1W（脉冲）
Gunn Diode 耿氏二极管/体效应二极管/转移电子器件
•Gunn在1962年发现GaAs的转移电子效应 •和IMPATT器件不同，Gunn二极管是纯粹体效应器件， 它没有一般固态器件里的半导体掺杂形成结的概念，而 是基于多数载流子在半导体内的运动特性，即利用电子 转移特性来产生微波振荡的 •GaAs(砷化镓)材料(常用的半导体材料)： 工作频段一般小于 60GHz •InP(磷化铟)材料(更优越的毫米波性能)： 工作频段达到100GHz以上
毫米波IMPATT和GUNN器件主要来源
美国hughes公司 美国alpha公司 美国Millitech公司
乌克兰Orion研究所
俄罗斯依斯托克公司 中国南京55研究所 。。。。。。。。。
毫米波固态源技术水平现状
几种常用毫米波固态振荡器结构
吸收负载的位置，腔体尺寸，输出负载以及短路活 塞的位置都是获得较高功率的关键性参数
矩形波 导
柱形波导
• 芯片级合成技术——扩展单片器件的功率容量
• 电路级合成技术——突破单元器件功率容量
• 矩形波导腔功率合成技术实例
1980年左右，Kai Chang在单腔矩形波导电路中分别实 现了三毫米波脉冲IMPATT两管和4管功率合成 两管合成功率：20.5W 四管合成功率：40W 合成效率达到80％以上
耦合口
Gunn器件
特殊应用 基波注锁谐波振荡器 基波锁相谐波振荡器 为获得高质量3mm信号提
供了一种新颖的技术手段
毫米波功率合成技术-Power Combiners
采用一定的方法，将多个毫米波信号相互叠加， 得到满足要求的大功率信号的技术
功率合成
芯片级
电 路级
空间合成
混合 级
其它形式
谐振腔式
非谐振腔式
•相参功率合成技术实例 ——合成的多个振荡器输出信号是频率相参的 在93GHz，四个IMPATT二极管合成输出功率250mW， 效率达80％
振荡器-1 振荡器-3
P1
输入
P3
H面T 型接头 H面T 型接头
输出
P4 P2
振荡器-2 振荡器-4
• 脉冲级联注锁功率合成放大技术 ——超越器件额定振荡输出功率的大功率脉冲级联注锁放大技术 在94.5GHz，五级脉冲IMPATT二极管级联注锁合成放大
毫米波固态电路
50GHz以下频段，基本采用MMIC器件实现 50GHz以上频段，多采用分离元件的波导电路 国外毫米波部件主要厂商： 爱尔兰Farran公司：26.5～325GHz 美国Hughes公司：26.5～140GHz 美国Millitech公司：18～300GHz 美国Agilent公司：26.5～325GHz 美国Alpha公司：26.5～0GHz
毫米波频率：30～300GHz 毫米波波长：10～1mm
毫米波波导频段划分
EIA waveguide Ka Q U V E W F D G WR-28 WR-22 WR-19 WR-15 WR-12 WR-10 WR-8 WR-6 WR-5 Frequency (GHz) 26.5~40 33~50 40~60 50~75 60~90 75~110 90~140 110~170 140~220 TE10 mode cutoff Inside waveguide (GHz) dimensions(mm) 21.10 26.35 31.41 39.90 48.40 59.05 73.84 90.85 115.75 7.112x3.556 5.690x2.845 4.775x2.388 3.760x1.880 3.100x1.550 2.540x1.270 2.032x1.016 1.651x0.826 1.295x0.648
输出功率(mW)
93.2 2
142
93.3 2
140
93.4 2
141
93.5 2
141
2
145
2
144
输出功率非常平坦
毫米波注入锁定带宽展宽技术——VCO调谐跟踪
当VCO频率在锁定范围之外,混频器充当鉴频作用,输出中频 信号形成误差电压来控制VCO的频率,让其进入锁定范围
毫米波混频器
单端混频器 混频器可分为： 平衡混频器： 90度相移型 180度相移型 双平衡混频器 波导混频器 微带混频器 根据传输线的类型划分 鳍线混频器 。。。。。 根据信号频率与本振频率的关系 基波混频器 谐波混频器
Gunn器件
• 电子科大对毫米提取技术研究作出重要贡献，
完成一系列三毫米波谐波振荡器研发
我校研制的各种三毫米波谐波振荡器
三毫米波谐波VCO
三毫米波高Q腔 稳频谐波振荡器
三毫米波宽带机 调谐波振荡器
毫米波双端口、双频段基波/谐波振荡器 ——在三毫米波系统应用中具有重要价值
Vcc
6mm输出
3mm输出
毫米波GUNN振荡器产品
Ireland FARRAN公司
毫米波GUNN振荡器产品
Ireland FARRAN公司
毫米波GUNN振荡器产品
毫米波GUNN振荡器产品
美国Alpha产品： ～140GHz系列
美国Hughes产品： 26.5~100GHz系列 250～10mW
毫米波IMPATT振荡器产品
IMPATT Diode（IMPact Avalanche and Transit Time Diode) 碰撞雪崩及渡越时间二极管（简称雪崩二极管）
利用半导体内的雪崩现象和渡越时间效应来获得动态负 阻，从而产生振荡。
W. T. Read在1958年提出IMPATT工作原理
1965年首次报道在简单的Si PN结二极管上获得了微波振 荡 在整个毫米波频段甚至亚毫米波频段低端，IMPATT器 件都可以用作产生毫米波功率 目前，Si材料的IMPATT二极管在毫米波器件中几乎处 于垄断地位，这是因为它具有有效散热所需的良好热传 导特性
• 按传统方法，一般被注锁的振荡器自由工作时，希 望它功率最大，频率在同步带中心附近。 • 注入信号越强，同步带宽越宽，功率起伏越大
• 改善毫米波注入锁定放大输出功率平坦度措施
•让被注锁振荡器不工作在
最佳状态！ •方法：在注入锁定状态下
调试振荡器
毫米波两级注入锁定放大器实例
工作频率(GHz) 93.0 93.1 输入功率(mW)
• 网络结构功率合成技术实例 1981年Huanchun Yen, Kai Chang报道的W波段脉冲固态 发射机输出功率达到了63W，采用三级注入锁定放大，其 中末级是4个两管IMPATT功率合成器通过4个混合耦合器 实现8管功率合成，工作频率92.6GHz，脉冲宽度为100ns， 工作比0.5%。
• 毫米波注入锁定放大技术
——一种实现毫米波功率提升的实用技术
将一个稳定度高的小功率振荡源（频率为fi）通过环形器 向一个功率较大的振荡器（频率为fo）注入一定的功率， 当fi和fo接近时，可强迫后者工作于fi，使fo具有稳定度高 的输出信号频率
fi Pi 注入信号源 f0 环形器 隔离器 1 2 雪崩振荡器 3 输出 fi P0
Input T ermination 3dB Hybrid Coupler 2-Diode Combiner 2-Diode Combiner 3dB Hybrid Coupler T ermination Output
4-Way Adaptor
2-Diode Combiner 2-Diode Combiner
FET器件可以用到80GHz 目前在毫米波频率高端（如3mm波段以上）应用最广 泛的还是IMPATT和Gunn这两种负阻器件
负阻器件振荡器的工作原理
I -Z(A) Z( )
负阻振荡器起振后，振荡幅度不可能一直增长，由于负阻 器件的非线性特性，随着振荡幅度增长，负阻|RD|下降。 直到|RD|=r（外接回路损耗电阻）时，达到平衡，实现稳 幅振荡 振荡平衡的幅度条件：[R()-RD(I)]=0 振荡平衡的相位条件：[X()-XD(I)]=0