一种波导功率合成器的研究及应用
一种波导功率合成器的研究及应用
发表时间：2019-10-18T10:56:08.840Z 来源：《电力设备》2019年第11期作者：赵飞韩煦王仁军[导读] 摘要：本文主要分析了一种（16GHz～18GHz）波导功率合成技术，重点通过对比及仿真得出该波导正交耦合器合成结构的优势，并结合双探针微带转波导结构，利用GaN功率芯片实现功率合成后输出功率达180W。
（南京电子器件研究所南京 210016）摘要：本文主要分析了一种（16GHz～18GHz）波导功率合成技术，重点通过对比及仿真得出该波导正交耦合器合成结构的优势，并结合双探针微带转波导结构，利用GaN功率芯片实现功率合成后输出功率达180W。
可以作为大功率合成的基本单元，同时随着半导体技术的快速发展，GaN功率芯片输出不断提高，该单元模块输出功率可以不断提高。
关键词：波导功率合成；波导正交耦合器；GaN功率芯片 1．引言
近年来随着半导体技术的不断进步，固态功率放大器在军用和民用两方面应用发展迅速，与电真空器件相比，固放有着明显的优势，维护成本低，使用寿命长，产品质量可靠性高等特点。
固态功率放大器的核心之一功率合成结构也在不断的进步，常用的微带合成器存在着损耗大，功率容量小，热耗比较集中特点，X及以上频段，波导合路器优势明显，本文就目前常用两种二进制波导合成器进行分析对比，并研制出一段带宽相对较宽（16GHz～18GHz），端口隔离度高的波导合路器 2．合成结构设计
波导分路（合路）器是最小的一种结构，但相对微带形式较复杂。
下图分别为是T型E面波导合路器和T型E面波导合路器，该结构实现简单，但是两合路（或分路）端口隔离度较差，任意一路端口驻波恶化均可以影响另外一路端口的驻波，进而影响合成效率，采用该模式进行大功率合成，各个分支路之间容易相互牵引，影响大功率合成之后功率的稳定性。
E面 H面图1 E面、H面波导功分（功合）器波导正交耦合器也是一种波导形式的分路（合路）器，优点是损耗小、驻波好、两路隔离度高，同时可以通过增加井子桥的级数，可以增加工作带宽，缺点是体积大，结构复杂。
图2 波导正交耦合器在波导正交耦合器的基础上增加双探针微带转波导结构如图3，微带采用Rogers5880介质板制作微带探针，通过50欧姆微带线通过该结构可以将微波信号通过探针转换为波导传输，通过HFSS软件进行仿真优化，从
图3 双探针微带转波导
（a）损耗仿真曲线图
（b）驻波仿真曲线图
图4 转换结构仿真结果
该结构利用了波导功率容量大的特点，提高了整个固态发射机的功率谱密度，最终在波导正交耦合器和微带转波导双探针结构的基础上得到如下的波导功率合成结构。
图5 合成结构模型
使用HFSS软件对该模型进行仿真优化优化结构如下图，通过仿真结果可以看出该结构在16-18GHz频段范围内主端口驻波小于1.2带内合成损耗小于0.4dB，端口隔离度大于35dB。
（a）驻波仿真曲线图
（b）端口隔离度仿真曲线图
用本文波导功率合成形式为输出功率模块，功率放大器微波部分原理框图及实物如图。
一种波导功率合成器的设计
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｗａ ｖ ｅ — ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ； ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｒ ； ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ — ｗａ ｖ ｅ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ
０ 引 言
随着现 代雷 达 的发 展 ， 传 统 的磁控 管 、 行 波管 型
量大的特点 ， 对 该 型 功 率 合 成 器 进 行 了仿 真 和 计 算 。结果 验证 了其 实用 性 。
关键 词 ： 波 导； 功率合成器 ； 驻波系数
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ７ ３
文 献标识 码 ： Ｂ
文章 编号 ： Ｃ Ｎ ３ ２ — １ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ １ １ ２ — ０ ３
解决 这些 问题 ， 且具有 功率 容量 大 的优 点 ｊ 。
（ ４ ）Ｈ 臂 输入 信号 ， ２个 侧 臂将 等 幅 同 相输 出 ，
而不 进入 Ｅ臂 。
（ ５ ）Ｅ臂 输 人信 号 ， ２个 侧 臂 将 等 幅 反相 输 出 ，
而 不进入 Ｈ 臂 。
１ 波 导 功率 合 成 器 的工作 原 理
将 多路微 波功放 模块 发射 出来 的大功 率信号 通
过后 馈式 波导 同轴转 换 的 Ｎ 型头输 入 ， 经 过合 成 以
以上 特 征 可 用 Ｓ参 数 表 示 为 ：
Ｆ ０ １
［ Ｓ ］：
０
。
后 由波导 口输 出 。考 虑 到功率合 成器 的带 宽 以及 效 率， 用 魔 Ｔ 比用 电桥更加 合 适 。为 了减 小 各输 入 端 口之 间 的相 互 影 响 ， 将 单 Ｔ改 为魔 Ｔ， 魔 Ｔ 的一 个 端 口作 为输 出端 ， 另一端 口连接 波导 负载 ， 为 了增 大 波导 负 载的散 热 面积 ， 将 负 载 表 面与 功 率 合成 器 大
波导内空间功率合成放大器的设计
波导内空间功率合成放大器的设计I. 引言- 引入波导内空间功率合成放大器的背景和意义- 简要介绍论文的主要内容和结构II. 理论基础- 分析波导内空间功率合成放大器的基本工作原理和特点- 探讨相干合成和非相干合成的区别和优缺点- 介绍合成信号的频率及功率关系III. 设计方案与分析- 介绍设计流程，包括模拟分析和优化设计- 简述主要器件参数的要求和选取- 讨论不同合成方案的比较分析IV. 实验结果分析- 介绍搭建实验平台和测试过程- 分析合成功率和功率增益的变化趋势及效率表现- 对实验结果进行讨论和优化V. 结论和展望- 总结本文的研究成果和创新点- 分析实验结果并对未来的研究方向提出展望参考文献第一章节引言随着通信技术和无线电频谱的快速发展，高频率、高速度、高稳定性的信号处理需求日益增长。
波导内空间功率合成放大器是一种可有效实现高功率放大的新型技术。
其优点在于能够通过多个低功率信号叠加产生高功率信号，从而提高系统的功率增益和效率。
该技术的应用范围十分广泛，如雷达通信、卫星通信、军事通信等领域，也有着很大的研究价值和市场前景。
本论文旨在介绍波导内空间功率合成放大器的设计和研究。
首先，全面分析了波导内空间功率合成放大器的基本工作原理、优点和特点，并比较了相干合成和非相干合成的优缺点。
其次，基于该理论设计了一种最佳方案，包括器件参数选取和合成信号的频率及功率关系。
随后，搭建了实验平台，并记录了不同合成方案的实验结果。
最后，根据实验结果进行了数据分析并提出了未来研究方向。
该论文重点在于介绍如何通过波导内空间功率合成放大器的技术，提高系统的功率增益和效率，让信号处理更加精准和高效，使其能够更好的适应当前信息技术的发展需求。
通过本论文的研究，我们期望能够为该技术在实际应用中提供借鉴和参考，使其在未来能够得到更全面和深入的发展和应用。
第二章节理论基础波导内空间功率合成放大器是一种新型的高功率放大技术，通过多个低功率信号的相加叠加产生高功率信号，一直受到大家的关注和研究。
一种基于波导的Ka波段功率合成器设计
一种基于波导的毫米波高功率合成器李勇利（电子科技大学物理电子，成都100190）nie_yang17@摘要：本文介绍了一种基于波导结构的微波毫米波功率合成器，它是一种扩展同轴波导的N端口空间功率合成器，这种功率合成器采用TEM主模传输，截止频率无限低，具有宽频带应用特点。
同时它所具有的大功率，高效率，低差损等特点，使其在微波毫米波大功率合成方面具有良好的应用前景。
关键词：毫米波，同轴波导，空间功率合成，TEM模A type of millimeter-wave power-combinor based onwaveguideNieYang(Institute Of Electronics , Chinese Academy Of Sciences, Beijing 100000)Abstract: A new type of waveguide- microstrip line transitions is introduced in this article. In this transition the waveguide and microstrip line are connected in a straight line ,it is airproof and is smaller than ever been. We tested it back to back, it has a good performance. In the frequency of 28GHz—32GHz, it has a insert loss is less than 0.7 dB ,and return loss less than 18dB. Keywords: waveguide- microstrip line transitions ,probe，agitate-pole1 引言随着我国国防军事电子技术的快速发展，毫米波逐渐成为我国军事运用的主要频段，功率放大器作为发射机的关键部件，对高功率放大器的需求更是与日俱增。
波导器件材料的制备及应用研究
波导器件材料的制备及应用研究1.引言波导器件是一种电器元件，它利用介电或磁性材料对电磁信号进行控制和传输。
波导器件广泛应用于通信、雷达、微波热成像、太阳能电池和微波功率放大器等领域，是现代电子技术中不可缺少的元件之一。
波导器件的制备与应用需要涉及到材料科学、微电子学、物理学等方面的知识和技术。
本文将从材料制备、器件设计和应用研究三个方面，探讨波导器件材料的制备及应用研究现状和发展趋势。
2.波导器件材料的制备2.1 传统材料制备方法波导器件的材料需要具备良好的介电性能和机械性能，常见的有瓷介质、气体玻璃、聚合物和硅基材料等。
传统的制备方法通常包括干燥、热处理、成型和烧结等几个步骤。
例如，瓷介质的制备通常需要先制备材料浆料，通过压制、放干和烧结等工艺步骤制成预定形状的块状或片状材料。
2.2 现代材料制备方法传统的材料制备方法不仅工艺复杂，而且生产成本较高。
在现代材料制备方法中，常用的是化学合成和电化学制备方法。
例如，聚苯胺和氧化石墨烯复合材料可以通过化学还原法制备而来。
通过这种制备方法，可以制备出精细的微纳米结构材料，具有更优异的性能。
3.波导器件的设计和应用3.1 器件设计波导器件的设计需要考虑到材料的介电性质和电性质以及其加工工艺等方面。
常见的波导器件设计包括波导线和微波电路，这些器件设计涉及到微观电子学、电磁学和信号传输等领域的知识。
3.2 应用研究波导器件的应用研究主要涉及到通信、雷达、微波热成像、太阳能电池和微波功率放大器等领域。
例如，在通信领域，波导器件可用于构建通信系统、调制解调器、收发器和微波滤波器等。
同时，波导器件还有很多具有潜在应用价值的领域，例如，太阳能电池、传感器和光爆发器等。
这些应用领域需要进一步的研究和开发。
4.现代波导器件材料的挑战和机遇波导器件材料的制备和应用仍存在一些挑战。
例如，简化和降低材料制备和加工成本、提高材料的耐高温和高频性、增强材料的可靠性和生物相容性等。
一种矩形波导空间功率合成器的设计
ｃ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ ｐ ｏ ｄ ａ ｌ ｉ ｆ ｎ － ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｔ Ｘ ｂ ａ ｎ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ｍｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ２ ５ ％ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｓ ｏ ｖ ｅ ｒ
０ 引 言
微波 固态 功率 源是 雷达 、 通信 、 制导、 电子对抗 、 射 电天文等 电子 设备 的重要 元 件 ， 因此 微 波 功 率 源 的研
Байду номын сангаас
ｔ ｈ ａ ｒ 等 人提 出 ， 其 主要 原 理 是 利 用 多 个 功 率 辐射 单元
第３ ５卷 第 １ 期 ２ ０ １ ５年 ３月
雷达 与对 抗
ＲＡＤＡ Ｒ＆ Ｅ ＣＭ
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ．１ Ｍａ ｒ ． ２０１ ５
一
种 矩 形 波 导 空 间功率 合 成 器 的设 计
安士全 ， 张洪川 ， 张 瑞
圆形槽波导功率合成技术的研究的开题报告
圆形槽波导功率合成技术的研究的开题报告第一部分：选题背景与意义随着现代通信技术的飞速发展，越来越多的信息需要被传输和处理。
在这个过程中，波导作为一种传输介质，具有传输速度快、能量损失小、抗干扰性好等优点，被广泛地应用于通信、雷达、卫星导航、医疗设备等各个领域。
其中，圆形槽波导作为一种常见的波导结构，在微波领域中得到了广泛的应用。
然而，圆形槽波导的传输容量受限于其截面积，使其在一些高速、大容量的通信应用中难以满足要求。
因此，研究圆形槽波导功率合成技术，通过多个波导的并联、串联等方式提高传输容量，对于推动波导技术的应用和发展具有重要意义。
第二部分：研究目的和内容本研究的目的是探究圆形槽波导功率合成技术的原理和方法，以及其在通信等领域中的应用。
具体来说，研究内容包括以下几个方面：1.圆形槽波导的基本理论、结构和性能特点的研究2.圆形槽波导功率合成技术的原理、实现和优化方法的研究3.基于圆形槽波导的功率合成系统设计、制作和实验验证4.基于圆形槽波导的功率合成技术在通信等领域中的应用研究第三部分：研究方法和技术路线本研究采用理论研究、数值模拟及实验验证相结合的方法，以圆形槽波导为研究对象，开展以下工作：1.理论研究：深入学习国内外相关文献，掌握圆形槽波导的基本理论、结构和性能特点，以及功率合成技术的原理和方法。
2.数值模拟：采用有限元仿真或其他数值模拟方法，对圆形槽波导的性能进行模拟分析，包括传输损耗、阻抗匹配等方面。
3.实验验证：设计并搭建圆形槽波导的功率合成系统，进行实验验证，并对实验结果进行分析。
4.应用研究：探究圆形槽波导功率合成技术在通信等领域中的应用，重点研究其在传输速率和容量改善方面的应用。
第四部分：预期成果和意义本研究的预期成果包括：1.深入探究圆形槽波导功率合成技术的原理和方法，提高对波导技术的理解和掌握程度。
2.设计并搭建圆形槽波导的功率合成系统，验证其在传输容量和速率方面的优势。
3.深入研究圆形槽波导功率合成技术在通信等领域中的应用，推动波导技术的应用和发展。
一种Ka波段径向波导功率合成器设计
固 态 器 件 的 需 求 也 越 来 越 多 。但 是 目前 在 毫 米 波
轻、 散 热好 、 功 率 容 量 大 的特 点 ｌ ＿ 】 ］ ， 在 毫 米 波 段 大 功
率 放 大技 术 中得 到了广 泛 的应用 。 本 文分析 了径 向波 导的 电磁波传 播模式 ， 基 于其
轴 向对 称 原 理 ， 设 计 了 一 种 毫 米 波 六 路 径 向 波 导 功 率
合成 网络 ， 仿 真和测试 结果表 明该合成 网络 使用 频带
段， 单 个 固态器 件 输 出功率 能力 有 限 ， 很 难有 较 大 的
ｄ Ｂ， 与 仿 真结 果 趋 势 相 吻 合 ， 在 毫 米 波 功 率 合 成 与小 型化 领 域 具 有 应 用 价 值 。
关键 词 ： 径 向波导 ； 毫米波 ； 微波； 功率合成 ； 小型化
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ７ ３
文献标 识码 ： Ｂ
文章 编号 ： Ｃ Ｎ ３ ２ — １ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ — ０ １ ０ １ — ０ ４
功 率输 出 ， 一般 难 于满 足 工 程 应 用 的要 求 。通 常 需 要 将 多个 固态 器件 通 过功 率合 成技 术来 获得 更 大 的 功率 输 出口 ］ 。因此 ， 功 率分 合 成技 术 受 到 了更 加 广 泛 的关Байду номын сангаас注 ， 而 且 功率 合 成 技 术 性 能 的 优 劣 直 接影 响 到整 个 系统 功率 能量 的分 配 和合 成效 率 。
２ ０ １ ５年 ４月
圆形槽波导功率合成器的研究
抗
阻 入
， ● ● ● ●
输
Ｘ
ｆ
● ，●
一
径向盘 直径 （ ｎ ｍｒ）
图 ３ 径 向盘的输入 阻抗随直 径变 化的 曲线
ｙ
图 １ 圆形 槽波导 功率合 成器的截 面 图
来 处理 曲线边 界的 方法 是阶梯 网格 近似 。但 当网格步 长较 大时 ，阶 梯 网格近似 会在 一些 问题 中产 生 无法 接 受 的错 误 Ｉ 考虑 到 这 。 点 ，我们 使 用非均 匀 网格来模 拟 圆形槽波 导 的曲线边界 。 其次 ，圆形槽波 导 中径 向盘 的体积 仅 占 圆形槽波 导 总体积 很小 一部 分 ，为节 省计算 机 资源 又要 得到精 确结 果 。我们使 用 网格细 化 技术 。径 向盘 区域用 细 网格划 分 ，其 余 区
维普资讯
工 程 技 术
圆形槽波导功率合成器的研究
张照锋 袁迎春 （ 南京信息职业技术学院 电子信息工程 系 南京 ２ ０ ４ ） １ ０ ６ 摘 要： 应用 时域 有限差分 法 （ ＦＤＴＤ）计算 了圆形槽 波导 中径 向盘 结构 的输 入 阻抗 。然后根据 理论 分析和 数值计 算的结 果 ，我们 设计制作 了 ８ ｍ 波 段的圆形槽波导双 管功 率合成器 ，并对其进 行潮试 ，获得 了比较 满意的结果 ，从而验证 了圆形槽波导在功率 合成方 ａ ｒ
面的优越 性能 。 关键词 ： 圆形槽波导 时域有限差分 径 向盘 功率合成
中图分类号 ： Ｍ Ｔ
文献标识 码 ： Ａ
文章编号 ：６ ３ Ｏ ３（Ｏ ７Ｏ （）Ｏ ２ Ｏ １７一 ５ ４２ Ｏ）２ａＯ ｌ一 ２
X波段8路径向波导功率合成器设计
X波段8路径向波导功率合成器设计发布时间：2022-10-19T06:26:25.322Z 来源：《福光技术》2022年21期作者：张建成海峰[导读] 本文提出了一款X波段8路径向波导功率合成器，合成器带宽覆盖8-11.5GHz。
该合成器主要由同轴波导、径向波导、微带探针组成。
通过HFSS仿真，结果显示驻波系数小于1.5，插损小于0.25dB，合成效率大于94%。
张建成海峰南京电子器件研究所南京 210016摘要：本文提出了一款X波段8路径向波导功率合成器，合成器带宽覆盖8-11.5GHz。
该合成器主要由同轴波导、径向波导、微带探针组成。
通过HFSS仿真，结果显示驻波系数小于1.5，插损小于0.25dB，合成效率大于94%。
关键词：X波段；径向波导；功率合成器1. 引言近年来，微波固态功率放大器在卫星遥感雷达、通信等领域得到了广泛的应用。
单个固态器件输出功率很难满足系统的功率需求，需要使用多个功率放大器进行功率合成来实现系统的高功率需求。
常见的功率合成方式，包括平面合成结构和空间波导合成结构。
其中，平面合成结构主要包括wilkinson功分器、分支线电桥和lange 桥；空间波导合成结构主要包括波导T形结和波导井字桥。
二进制合成方式结构简单，损耗低，电路成熟，但随着合成路数的增加，传统合成方式体积和损耗会迅速增加，使得合成路数受限。
在多路功率合成前提下，径向合成技术具有合成路数自由度高和合成效率高的优点。
本文基于径向波导结构设计了一款X波段8路径向波导合成器，设计结果仿真表明，在8-11.5GHz带宽内，该合成器驻波系数小于1.5、工作带宽大于30%、合成损耗小于0.25dB。
2. 径向波导合成器设计该合成器主要由同轴波导、径向波导、微带探针组成。
合成器输入为同轴结构，可以直接适配50Ω的N-F、TNC-F或者SMA-F接头。
分路器采用波导-微带-探针耦合结构，实现微波信号由空间波导传输到平面微带传输的转换。
一种Ka波段开槽波导空间功率合成器的设计
一种Ka波段开槽波导空间功率合成器的设计摘要：设计了一种结构简单，容易制造的开槽波导功率分配器／合成器。
该合成器采用锥形微带线一波导的过渡结构，每路微带线传输部分由小腔体进行隔离。
通过CST仿真软件，设计了一个中心频率为35 GHz的Ka频段的功率合成器。
仿真结果显示，该结构回波损耗小于-20 dB时的带宽达近500 MHz，且插入损耗小于0．1 dB。
可见，具有极低的插入损耗和较低的回波损耗。
关键词：空间功率合成；开槽波导；功分器；CST0 引言当前，在本地多点分配业务这种无线通信系统中，越来越多地用到毫米波段。
基站发射机需要中、高功率的固态功率放大器。
尽管目前在高频半导体技术和芯片制作方面取得不小的进展，但是毫米波设备仍然受制于它们的最大输出功率。
目前，市场上可以买到的毫米波段功率放大器芯片MMIC一般只有几瓦的输出功率，因此要获得足够高的输出功率，需用好几片MMIC进行合成。
空间合成器因为其较低的插入损耗和更高的合成效率，从而比传统的电路合成更受欢迎，它们的合成效率与用于合成的芯片数量有关。
在制作时，合成电路应尽可能紧凑，但是实际尺寸却受芯片大小、偏置电路、散热等方面的影响。
本文介绍的空间功率合成方案，采用开槽矩形波导与多路锥形微带线耦合的方案。
该方案中，开槽矩形波导的结构比较简单，容易制作，尺寸也不大，而且散热很好。
在制作10～33 GHz的功率放大器时备受推崇。
这种方式构建的放大器，维修起来也很容易，若要获得更大的合成功率，只需要使用较大功率的芯片代替某路原有芯片即可。
当然，这些高频段的芯片体积都很小，在装配时必须非常小心。
1 工作原理与结构开槽波导空间合成器的工作原理和开槽波导功分器的外形如图1所示。
信号从波导口输入，通过开在波导宽边或窄边上的纵向槽耦合到微带线中实现功分，经过放大器放大后的信号再由微带到槽耦合后合成。
开槽波导功分器按能量在波导中的传播方式不同可分为行波式和驻波式。
行波工作方式下，可在波导终端填充吸收材料，避免在波导内形成驻波，耦合槽的位置无特别要求；在驻波工作方式下，波导终端短路，能量在波导中呈驻波分布，耦合槽应开在电场的波腹位置。