Ka波段100W固态功率合成器
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。
第3章 合成孔径原理
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
四.功分器和定向耦合器的设计
C10logP P1320logS31
dB[S(3,1)]
• 隔离度： 隔离端口4的输出功率P4和输入端口1的输入功率P1之比：
I10logP P1 420logS41 dB[S(4,1)]
定向耦合器的基本原理
• 8-16GHz倍频程内定向度： S41/S31<-17dB
• 8-16GHz倍频程内隔离度： S41<-20dB
定向耦合器的仿真设计
建立耦合器设计的电路原理图
耦合端口
输入端口
直通端口
隔离端口
/4;f012GHz
定向耦合器的仿真设计
建立耦合器设计的电路原理图
耦合端口
输入端口
直通端口
功分器的设计、仿真、优化
设置完成的功分器电路图
功分器的设计、仿真、优化
开始仿真 全频段内隔离度未达指标，并且平坦度较差，需优化
功分器的设计、仿真、优化
电路优化
• 对阻抗匹配电路的优化---优化变量w2，lh
功分器的设计、仿真、优化
电路优化
• 优化仿真器和优化目标的设置—由于电路对称性，S(3,1)和S(3,3)不需优化
dB[S(2,1)]
C1310logP P 3 i 20logS13
dB[S(3,1)]
功分器的基本原理
功分器的基本指标
• 输出端口间的隔离度： 根据输出端口2的输出功率P2与输出端口3的输出功率P3之比计算
• 功分比：
C2310logP P2 320logS S1 12 3
• 定向耦合器属于无源微波器件，为四端口器件，分为：
隔离
耦合
【国家自然科学基金】_高隔离度_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
科研热词 隔离度 谐波平衡分析法 耦合系数 系统级封装(sip) 空闲频率电路 相位温度系数 相位噪声 相位一致性 电磁干扰 电源完整性 梳状滤波器 微波功率耦合器 微机电系统 密集波分复用 宽带 变频损耗 单平衡混频器 单刀双掷 共形天线阵 信号完整性 低通滤波器 不等带宽 pin开关 ku波段 gires-tournois谐振腔 gaas
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
科研热词 推荐指数 宽带 2 隔离度 1 营巢资源利用 1 肿瘤 1 端口隔离度 1 正交模式 1 栖息地片段化 1 插入损耗 1 微波热疗 1 多支节波导 1 合成效率 1 双极化 1 千岛湖 1 功率合成 1 功率分配器 1 共面波导 1 人工巢箱 1 wilkinson电桥 1 parus major 1 ka波段 1 algan/gan高电子迁移率晶体管 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
科研热词 耦合器 宽带 光子晶体 高隔离度 驱动放大器 馈电网络 非整数频率比 隔离指数 隔离度 镜像抑制度 连续波 贫困人群 空间功率合成 电磁性能 环行器 液晶 海事卫星通信 波导耦合器 波导-微带探针过渡 毫米波 正交极化 时域有限差分法(fdtd) 微波铁氧体 微带阵列天线 微带天线阵 微带 平衡结构 巴伦 射频电路 对称结构 富裕人群 天线阵 增益平坦度 基站 合成孔径雷达天线 变频损耗 双频 双波段 双极化 单片电路 匹配度 北京 共用口径 光电子学 光滤波器 光开关 信道隔离度 三等分功分器 iq混频器 hfss仿真
【国家自然科学基金】_波导放大器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
2011年 科研热词 平面光波导放大器 增益特性 倒脊型光波导 yb纳米颗粒 高q值玻璃球微腔 行波管放大器 行波放大器 翼片加载 粒子模拟 硅基放大器 毫米波 拉曼放大器 抽运方式 折叠波导慢波结构 慢波电路 平面波导 太赫兹 固体激光器 光纤激光器 光子晶体 交错复用器 laf3∶er laf3:er 推荐指数 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 基片集成波导 功率合成 稳定性 损耗介质 回旋行波管 长周期光栅 行波管放大器 自由载流子吸收 线性理论 硅基喇曼放大器 热色散方程 毫米波功率放大器 毫米波 模式选择 模式映射 柔性基片集成波导 放大器 损耗陶瓷 折叠波导 宽带波导放大器 宽带 多支节波导 多层介质薄膜 回旋行波管放大器 噪声 喇曼散射 双光子吸收 功率合成器 功率分配器 功分器 功分/合成器 介质加载 ka波段 er-yb掺杂磷酸盐玻璃
推荐指数 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
一种基于波导E-T结的新型功分器的设计方法
一种基于波导E-T结的新型功分器的设计方法寇阳【摘要】针对传统功分器的不足,提出了一种改进型波导E-T结功分器.通过三维电磁仿真软件CST对其进行了建模仿真,得到一个合理的设计方案,该结构具有高隔离度、低插入损耗、小体积、宽频带等优点.加工的实物经测试在12～ 17 GHz的频率范围内,该功分器的插入损耗＜0.12 dB,回波损耗＞18 dB,隔离度＞15 dB,具有良好的工程应用价值.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)008【总页数】3页(P18-20)【关键词】E-T结;功分器;高隔离度;CST;Ku频段【作者】寇阳【作者单位】中国电子科技集团公司第54研究所卫星通信与广播电视专业部,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN73在卫星通信系统中，EIRP 值是衡量系统性能的重要技术指标，而在天线增益确定后，该指标主要取决于发射机的输出功率［1］。
为了提高发射机的输出功率，工程中通常采用功率合成的方式实现微波大功率输出，这就对功分器提出了更高的要求［2］。
目前常用的功分器主要有:威尔金森功分器，波导E－T 结、波导H－T 结、3 dB分支波导定向耦合器及波导魔T 等［3 ～7］。
威尔金森功分器是一种微带功分器，插入损耗较大，不适合于大功率合成;波导E－T结和H－T 结功分器是最常用的波导功分器，具有体积小、频带宽、插入损耗低、易加工等优点，缺点是两输出端口之间隔离度仅有－6 dB;3 dB 分支波导定向耦合器的两个输出端口相位相差90°，两路输出之间具有良好的隔离度，但是其带宽较窄。
通过对以上各种功分器分析，本文在其基础上提出了一种新型功分器，在波导E－T 结功分器的基础上大幅提高了两个输出端口间的隔离度。
1 理论分析本文论述的功分器是在波导E－T 结功分器的基础上进行改进的，波导E－T 结功分器可以看成是一种无耗三端口网络，它是由一段波导及从波导宽边接出来的分支波导构成，其轴线平行于主波导的TE10模的电场方向，是一种串联分支［8］，其结构示意图如图1所示。
滤波器详细分类
滤波器频率变换
（1）低通到高通的变换
如图2.4所示,分别给出了低通原型滤波器和高 通滤波器的频率一衰减曲线,令它们的频率分 量分别为w‘和w。
通过相应的频率变换准则,可将低通原型滤波 器转换成高通滤波器,即将低通原型的通带和 阻带分别变换成高通滤波器的阻带和通带。 直观地说就是将图2.4中的频率一衰减曲线中 的w‘=0和w'=无穷大的点分别变换成w=无穷 大。和w=o的点，其频率变换的数学表达式为:
• 主要由谐振腔、谐振导体、调谐钉组成
无加载电容
• 滤波器的结构
（三）波导滤波器
主要性能指标：
频率范围：1.7～26GHz 带宽：0.1%～20％ 插入损耗：0.5～3dB(随带宽不同而不同) 输入输出形式：SMA、N、L16等 输入输出驻波：1.3:1 温度：-55～+85℃
（三）波导滤波器
主要性能指标： 频率范围：800MHz~16GHz 带宽：0.1%～10％ 插入损耗：0.5～25dB(随带宽不同而不同) 输入输出形式：SMA、N、L16等 输入输出驻波：1.4:1 温度：-55～+85℃
同轴腔滤波器： 同轴腔滤波器广泛应用于通信、雷达等系统, 按腔体结构不同一般分为标准同轴、方腔同 轴等。同轴腔体具有Q值高、易于实现的特点 ,特别适用于通带窄、带内插损小、带外抑制 高的场合。这类滤波器非常适合大规模生产 ，因此成本也非常低廉。但要在10 GHz以上 使用时，由于其微小的物理尺寸，制作精度 很难达到。具体的设计有方法负阻线子网络 构造了多腔耦合的同轴带通滤波器电路模型 ；同轴腔体滤波器温度补偿法；阶跃阻抗谐 振器等。
微波滤波器基础知识
微波及其特点
所谓微波是一种具有极高频率（通常为300MHz-30 0GHz ），波长很短，通常为1m-1mm的电磁波。
直升机飞行控制系统横侧向增稳控制律设计
78 | 电子制作 2021年01月困难。
故需要设计增稳控制律，借助于飞行控制系统，使直升机在飞行包线内满足飞行品质要求[2]。
文章中，直升机横侧向通道控制律设计要求是，在如图1所示飞行包线内选定的18个设计节点处，倾斜通道、航向通道均满足如下动态品质要求：(1)倾斜通道：操作驾驶杆，使直升机产生±25º的倾斜角变化后松杆，直升机回到原平衡状态的调节时间5s s t ≤，超调量σ%≤10%。
(2)航向通道：给定±5º的航向阶跃指令，直升机稳定在新航向上的调节时间5s s t ≤，超调量σ%≤25%。
图1 飞行包线示意图1 横侧向控制系统描述直升机横侧向控制系统结构图如图2所示。
图中所示直升机的状态向量Tv ϕϕψψ= x 中的分量依次为倾斜角、倾斜角速度、偏航角、偏航角速度和侧向速度，其中前四个状态可测。
输入Tg g ϕψ = u 中的分量分别为给定倾斜角和给定偏航角。
倾斜通道、航向通道均采图2 直升机横侧向控制系统结构图图2中的两个一阶环节分别是倾斜通道和航向通道助力器的传递函数。
可以分别导出倾斜通道和航向通道助力器的微分方程：1A A A gA A A A k k k k k k Aic Aic T T T T ϕϕϕϕϕϕ=−−−+ 1rc rc g k k k k k k T T T T δδδψψψδδδδδψψδψ=−−−+ 将横向周期变距Aic 、尾桨桨距rc δ扩充为新的状态变量，可以导出扩充后直升机横侧向系统的状态方程。
将可测量的4个状态作为输出T []ϕϕψψ=y ，可以得到相应系统闭环状态方程：cb cb cb =+ = xA xB u yC x(1)其中，状态向量T []rc vAic ϕϕψψδ=x ，输入为Tg g ϕψ = u 。
b A c 、b B c 、cb C 是适当维数的矩阵。
根据引言中对系统动态性能要求，可以分别确定倾斜、航向通道分别满足要求的系统闭环极点的分布范围为：倾斜通道： min min 0.591=(53.8)1.184n ϕϕϕξξβωω≥≤°≥=(2)航向通道： 0.404(66.17)1.734n ψψψξβω≥≤°≥ (3)2 倾斜通道控制律设计式(2)规定了满足要求的倾斜运动极点1,2d nd j s ξω=−±www�ele169�com | 79自动化技术nd nd ω±的分布范围，这在s 平面相应确定了一个扇形3中灰色实线所描绘。
W波段和Ka波段云雷达探测回波对比分析
W波段和Ka波段云雷达探测回波对比分析吴举秀;魏鸣;苏涛;王学荣;李勇;范亚驹【摘要】By analyzing the difference between the echoes detected by the W-band radar and the cloud echoes detected by Ka-band radar at the same time, the detection capabilities of the W-band radar prototype are verified.The results show that: 1) W-band radar prototype operates reliably.The macro-parameters of clouds including the layer, boundary and thicker, the fine structure of cloud and the change of the microphysics parameters of clouds can be obtained by both the two band radars.Strong echoes, small speed and broad spectrum of ice clouds reveal existence of updrafts and more supercooled water.2) The capabilities to detect fog and haze of W-band radar with enhancement pattern in close to the ground is stronger than that of Ka-band radar.The two cloud radars have the same detection capabilities to thin clouds, but the less thicker, lower cloud top and less echo intensity for precipitation and thick clouds with more water content and multilayer clouds are measured by W-band radar because of the stronger attenuation to W-band radar, and the echo intensity of W-band radar is also reduced in the case of Rayleigh scattering.%通过分析W 波段和Ka波段云雷达同时探测回波的差异,验证了W波段云雷达初样机的探测性能.结果表明:1)W波段云雷达初样机工作稳定,两个波段雷达都可以探测云层、云的边界、云厚等宏观参数,也可以反映出云的精细结构及云内微物理参数的变化,回波强、速度小、谱宽大的冰晶云含有上升气流及较多过冷水.2)增强模式的W波段云雷达在近地面探测雾、霾的能力比Ka波段云雷达强;两部云雷达对云层较薄的云探测能力基本相当,对多层云、云层较厚、含水量较多的云及降水的探测,由于强衰减的作用,W波段雷达所测云厚度小、云顶低、回波强度小,并且非瑞利散射也会造成W波段雷达的回波强度降低.【期刊名称】《山东气象》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】8页(P57-64)【关键词】W波段云雷达;Ka波段云雷达;探测能力;云回波;云微物理参数【作者】吴举秀;魏鸣;苏涛;王学荣;李勇;范亚驹【作者单位】山东省气象局大气探测技术保障中心,山东济南 250031;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室,江苏南京210044;四创电子有限公司,安徽合肥 230088;四创电子有限公司,安徽合肥 230088;四创电子有限公司,安徽合肥230088;四创电子有限公司,安徽合肥 230088【正文语种】中文【中图分类】P412.25毫米波测云雷达对非降水云及弱降水云的探测具有很大的优势，20世纪60年代美国空军研制了AN/TPQ-11型Ka波段云雷达(波长8.5 mm)，替代云幂测量仪监测机场的云[1]，80年代早期研制了W波段云雷达(波长约3.2 mm)，后期主要应用于云物理和降水物理研究项目中，用来研究小积云的湍流结构[2]。
波导微带
罴 疆 鬟
２００＂８·１５ １０：３６．１１
频率（ＧＨｚ）
图４仿真结果
７
３结论 基于场模式匹配以及阻抗变换的方法在不同传输系统转换设计中常常使用，此过渡解
决了脊波导重复安装导致性能下降的问题，可望在实际中验证和使用。
参考文献 【Ｉ】薛良金＜毫米波工程基础）哈尔滨工业大学出版社２００４年 【２】 ＪｉａＬｉｎ Ｌｉ， Ｗｅｉ Ｓｈａｏ ”Ａ ＮＯＶＥＬ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ－ＴＯ－ＭＩＣＲＯＳＴＲＩＰ ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮ ＦＯＲ
Ａ－Ａ。截面电场分布
Ｂ－Ｂ’截面电场分布
Ｃ－Ｃ’截面电场分布Ｄ－Ｄ’截面电场分布 图２各截面所对应的电场分布图
在ｃｓｒ中背对背仿真的结构如图３所示
图３背对背的过渡结构 通过宽带阶梯加脊波导把矩形波导的主模波阻抗变换到微带特性阻抗以实现过渡·在 这种结构中，加脊波导由一些减高波导组成，以便使波导高度从ｂ逐渐变化到低阻抗实现 阻抗匹配，通过查表我们可以得到３阶切比雪夫阻抗变换器的数值，从而确定该过渡的物 理尺寸．脊波导特性阻抗可以采用近似公式…计算。波导采用ＢＪ３２０（ａ－７．１２ｍｍ，ｂ２３·５６ｍｍ）， 介质的相对介电常数为２．２，厚度为０．２５４ｍ：阶梯的高度相差０．５ｕ．长度分别为：ｉ．６ｍｍ， １．４ｍｍ，２．０ｍｍ，介质探入波导的长度为２．３ｍｍ。仿真结果如图４，我们可以看到在 ３ｌＧｆｆｚ一４０ＧＨｚ其回波损耗均在ｌＯｄＢ以下，插损在０．６ｄＢ左右。
意如图１所示：
Ａ
ＢＣ Ｄ
Ａ‘
Ｂ。Ｃ‘Ｄ‘
圈１过渡的纵剖国
那么各个截面上的电场分布如图２所示，在Ａ—Ａ’截面上传播的是波导的主模Ｔ卧，经 过脊波导的变换。场逐渐被集中压缩到介质之中，场模式也从ＴＥ－ｎ逐渐变化到微带线上的 ＴＥＭ波模式，从而实现了波导到微带的变化，脊波导不仅实现了场模式的匹配，而且也完 成了阻抗匹配…。
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- 5 -第10卷第9期Ka波段100W固态功率合成器徐建华，蔡 昱，汪珍胜，钱兴成（南京电子器件研究所，南京 210016）
摘 要：随着科技发展，对大功率的需求越来越高，但是单个固态功率放大器输出功率有限，功率合成技术应运而生。文章介绍了一种利用波导实现Ka波段芯片级功率合成的方法。首先介绍了两路波导功率合成器的模型，分析了影响功率合成效率的因素，推导出合成效率最大化的条件。然后借助HFSS软件进行仿真优化，依托精密机加工技术制作出来的波导功率合成器可以在4GHz带宽内VSWR＜1.5，LOSS＜0.5dB。合成的基本单元3W模块由两个1.8W的MMIC通过Lange桥合成，在装入壳体合成之前单独调试，确保功率相等，相位一致。最后采用该合路器在35GHz~35.4GHz的工作频率内成功获得100W的合成功率，合成效率达85％以上，测试数据和模拟数据基本吻合。关键词：功率合成器；波导；固态功率放大器中图分类号：TN73 文献标识码：A 文章编号：1681-1070（2010）09-0005-03
Ka-band 100W Solid Power CombinerXU Jian-hua, CAI Yu, WANG Zhen-sheng, QIAN Xing-cheng（Nanjing Electronic Devices Institute, Nanjing 210016, China）
Abstract: Waveguide combiner has good efficiency, which is suitable for high power and high frequencycombining especially.A method of Ka-band power combining using waveguide is proposed and studied in thispaper. First, a prototype 2-way waveguide combiner is presented. Some factors effecting the power combiningefficiency are discussed., and the max efficiency and its condition are deduced.We use HFSS to simulate, thenmachining the waveguide combiner by exact process. Its VSWR＜1.5, LOSS＜0.5dB over 4GHz bandwidth.The3W module is combined by two 1.8W MMICs using Lange combiner. Debuging befor assembling respectively.Insure they have equivalent power outputs and phases. Measured results show a good agreement with simu-lated ones. Output of over 100W and combining efficiency of over 85% is achieved in the band of operatingfrequency 35GHz ~35.4GHz.Key words:power combiner; waveguide; solid power amplifier
收稿日期：2010-06-06
封 装 、 组 装 与 测 试第10卷，第9期Vol．10，No．9
电子与封装
ELECTRONICS & PACKAGING总 第89期
2010年9月
1 引言随着半导体材料和制造工艺的进步，人们在固态微波器件领域取得了突飞猛进的进展，做到在小功率领域全部取代了电真空器件，但是在大功率领域固态器件比电真空器件功率相差约3~4个数量级左右，这使得固态微波功率器件在大功率领域的使用受到了限制，而固态功率合成技术可以使固态发射机的功率提高2~3个数量级。相对于传统电真空发射机，固态发射机具有寿命长、易获得长脉冲宽度、工作电压低、不需要预热时间等优点。固态发射机可完成功率放大、对射频信号进行脉冲调制、高电压隔离变换及过压、过- 6 -
电子与封装第10卷第9期
热等多种保护功能。功率合成是指把若干相关工作的器件合成或者通过累加若干分立器件，以产生较大的功率输出。合成方式按电路可分为谐振腔式合成和非谐振腔式合成，非谐振腔式合成包括威尔金森合成、Lange桥合成、径向线合成；按空间合成方式可分为准光功率合成、自由空间功率合成、波导内空间功率合成，其他合成方式有介质波导合成、推挽合成、谐振帽合成、分布电路合成、谐波合成等。本文介绍的是波导空间合成。2 功率放大器设计2.1 功率放大器功率合成方案8路波导功分、功合器将8个16W功放模块合成大于100W的输出功率，图1是Ka波段功率放大器原理框图，其中16W功放模块是由Lange桥和4路功合器将8路3W模块功合而成，图2是16W功率模块合成原理框图。图1 Ka波段功率放大器原理框图图2 16W功率模块合成原理框图图3 E面波导两合成器示意图图4 合成器网络散射参数示意图该方案的优点在于微带二合成的3W模块体积小、结构简单、各模块可以在调试至功率、相位一致后装入腔体，总体调试方便，模块的热量能通过安装面较好地传导到固放的侧壁上。缺点主要在于3W模块采用的微带合成效率不高；E面8路波导分路（合路）器的体积大，加工精度要求高；模块数量较多，装配工作量大且要求较高。2.2 8路波导合成器的设计波导合成器是空间功率合成的一种，它有E面合成和H面合成两种形式，本文介绍的8路波导功合器均采用E面合成方式，图3是E面波导两合成器示意图。为分析各个参数对合成功率的影响，对合路器建立三端口散射矩阵，a表示输入功率波，b表示发射功率波，图4给出合成器网络散射参数示意图。
在信号源1和源2同频率下，合成网路特性为 （1）在理想状态下，信号源与负载完全匹配，合成器的输出功率为：b3=S31a1+S32a2+S33a3 （2）
当a3=0时，则有：
b3=S31a1+S32a2 （3）
定义a1=A1ejβ1，a2=A2ejβ2，S31=C1ejψ1，S32=C2ejψ2，则合成器输出信号可以表示为：b3=S31a1+S32a2 =C1A1ej（β1＋ψ1）+ C2A2ej（β2＋ψ2） （4）
由以上表达式可以看出，合成器输出功率的大小取决于输入信号的幅度和相位以及合路器散射矩阵中各元素的幅度和相位，当波导合路器一旦制成，调整其各项参数比较困难，散射矩阵就已确定，只能通过控制输入信号的幅度和相位达到输出功率的最大化，图5给出了实际制作的Ka波段8路波导合路器的照片。
3 测试结果3.1 8路功率合成器测试- 7 -
第10卷第9期图5 八路波导合成器外观照片图6给出了8路波导合路器输出端口驻波的计算值和实测值，图7给出了8路波导合路器插入损耗的计算值和实测值。图6 8路波导合成器输出端口驻波图7 8路波导合成器插入损耗图8 Ka波段固态功放输出功率及效率曲线图9 Ka波段固态功率放大器外形照片（225mm×110mm×120mm）从实测数据可以看出此功率合成器是一种宽带的功率合成结构。把测试数据和仿真数据进行对比，实际制作的功率合成器频带和仿真数据基本一致。在33GHz～37GHz范围内，输出端口电压驻波比方面，仿真值≤1.1，实测结果＜1.5；插入损耗方面，仿真值在－9.1dB～－8.9dB之间，实际测试在－9.5dB～－9.1dB。两者均比仿真结果略差，主要原因可以总结为以下几点：（1）仿真时采用的金属敷层的损耗参数设置为理想化，和实际情况有出入；（2）波导合路器结构复杂，在8mm波段波导尺寸较小，对加工制作和安装的要求较高，实际加工中肯定会带来误差；（3）在8mm波段对测试要求较高，同时测试时需将波导转换为K头，仪表校准和波导转K头均会带来一定的测试误差。3.2 功率放大器测试图8给出了Ka波段固态功率放大器输出功率及效率曲线。通过曲线，可以发现本功率合成器已经达到既定的设计要求，采用本单位生产的1.8W34GHz～36GHz的功率放大单片，初步得到100W以上的合成功率。图9给出了Ka波段固态功率放大器外形照片。4 结论利用波导可以实现多路芯片合成，合成效率高、频带宽、可靠性好，波导结构特别适合大功率高频率的功率合成。宽频带、低杂散、高效率的MMIC是合成的基础，精密的机械加工和高质量的电镀工艺，保证了波导分路（合路）器的均匀性和对称性，可以有效抑制高次模的产生，这是波导合成的关键，决定了合成效率。参考文献：［1］ E. Belohoubek, R. Brown, H. Johnson, et al..30-way radialpower combiner for miniature GaAs FET power amplifi-ers [C]. IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., 1986,86(6): 515-518.［2］Aly E. Fathy, Sung-Woo Lee, David Kalokitis. A Simpli-（下转第37页）徐建华，蔡 昱，汪珍胜，等：Ka波段100W固态功率合成器- 37 -
第10卷第9期综合以上三次试验，我们能够知道生瓷带在流延放置一段时间后，收缩依然存在，如果时间足够长收缩会逐渐停止。为了兼顾批量生产和高精度加工的需要，试验二、三采用的预烘烤工艺和预压工艺都能显著减小生瓷带的收缩量，对解决工艺中出现的众多偏移问题行之有效。同时，对预烘烤工艺和预压工艺进行优化，可以得到更加稳定的生瓷带。图7是提高预烘烤温度和时间的效果，图8是提高预压压力和时间的效果。图7 提高预烘烤温度和时间的效果图8 提高预压压力和时间的效果6 结束语采用各种有效的工艺方法，最大限度减小生瓷带的收缩是我们追求的目标。但是，在实施某些手段进行收缩控制的同时，必须要注意这些工艺方法是不是会带来一些新的工艺问题。比如说，采用预烘烤工艺，其烘烤时间、温度、烘烤方式要控制适度，否则在控制收缩的同时可能会出现生瓷层间难以结合、生瓷表面变脆打孔崩缺等问题；采用预压工艺，其预压的压力、时间需要控制到位，否则在控制收缩的同时可能会出现生瓷层间难以结合、收缩率变化大等问题。另外，即使生瓷带进行了预处理，在工艺过程中还有很多环节会造成生瓷带的变形，这一点也需要在工艺中加以关注，例如打孔、打腔等。围绕着生瓷带变形控制还有大量的研究需要开展，国内同行已经开展了很多卓有成效的工作，积累了丰富的经验，鉴于本人学识所限，文中不当之处在所难免，敬请大家不吝指正。参考文献：［1］田民波.电子封装工程[M].北京：清华大学出版社，2003.作者简介：胡 进（1981-），男，大学本科，中国电子科技集团公司第55研究所工程师，主要从事外壳的设计与工艺研究工作。fied Design Approach for Radial Power Combiners [C]. IEEE Trans. Microw. Theory Tech, 2006,54(1):247–255.［3］A. G. Williamson. Radial line/coaxial line stepped junction[C]. IEEE Trans. Microw. Theory Tech.,1985,MTT33(1):56–59.［4］N. Marcuvitz. Waveguide Handbook [M]. NewYork: PeterPeregrinus Ltd. 1986:89-100.［5］程诗叙，项钟.大功率固态功放合成效率研究[J].电视技（上接第7页）术,2007,47(1).作者简介：徐建华（1977-），男，江苏人，2000年毕业于南京理工大学电光学院，现为南京电子器件研究所工程师，从事微波电路方面的研究。胡 进，司建文，李华新：工艺过程中生瓷带收缩问题研究