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X波段高功率高效率功率放大技术研究

【摘要】:功率放大技术是微波领域的一项关键技术,放大器也是微波发射系统的关键部件。微波固态功放具有偏置电压低、体积小、可靠性高等优点,广泛应用于雷达、电子对抗、无线通信装置及专用测试系统等设备,其总体趋势是向着更高频段的高功率、高效率发展,然而,单个器件的输出功率难以满足功放模块多元化的任务需求,因此功率合成技术作为实现这一目标的具体途径之一,具有重要的研究价值和广阔的发展前景。本文针对高功率、高效率的宽带微波功率合成放大技术进行研究,展开了如下工作:采用渐变线型Wilkinson功分器,改善传统Wilkinson电桥工作带宽较窄的特性,使其能够覆盖整个X波段。以单个余弦平万渐变线Wilkinson功分器为基础,设计出两级四路功率分配/合成网络,该结构的优势在于通过合理布局分配网络与合成网络的微带线长度,缩短合成路径,减小损耗,从而提高合成效率。对实物进行测试:输入端回波损耗大于13dB,合成网络的损耗仅为0.3-0.4dB,合成效率高于91%。设计了一种新型的波导魔T结构,对位于双T波导接头处的椎体匹配元件进行创新设定,以改善带宽。改进后的结构相对带宽可达40%。以此为基础,设计了基于改进型波导魔T的空问功率分配/合成网络,新网络结合了低插损、高效率与宽频带的优点,较之微带电路其性能更佳。测试结果显示:在8-12GHz内,输入端回波损耗大于13dB,分配/合成网络整体插损0.25-0.5dB,合成部分小于0.25dB;合成效率高于94%。合理地选择国产GaN功放芯片,结合改进型波导魔T结构,完成X波段功率合成放大器的研制。经测试表明,在X全频段,此四路合成放大器饱和输出功率大于178W,功率增益大于36dB,合成效率大于89%,功率附加效率大于39%。

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