毫米波准光计算与准光功率合成系统-四川中测微格科技有限公司.PDF

毫米波准光计算与准光功率毫米波准光计算与准光功率 合成系统合成系统 四川中测微格科技有限公司四川中测微格科技有限公司 2013201320132013年年年年1111月月月日日日 汇报提纲 汇报提纲 毫米波功率合成技术现状 准光功率合成技术方案 准光计算方法介绍准光计算方法介绍 核心关键技术解决与成果 准光功率合成系统样机研制 实验室其它研究领域与产品 一、毫米波功率合成技术现状 固态功率源由于其可靠性是微波固态功率源由于其可靠性是微波、毫米波电路最理毫米波电路最理 想的功率源，但限于半导体工艺水平，固态功率源的输 出功率随频率增加而降低出功率随频率增加而降低，在毫米波频段在毫米波频段，通常需要通通常需要通 过多个固态源的输出功率的合成才能满足系统的功率需 求求。 目前技术成熟的毫米波功率合成技术可以分为芯片 级功率合成、电路功率合成、空间功率合成三种类型。 根据频率及应用场景的不同，这几种技术均有各自成功 的应用。 一、毫米波功率合成技术现状 1.芯片级功率合成 优点优点：芯片功率合成具有电路性能稳定芯片功率合成具有电路性能稳定、频率宽频率宽、效率高效率高、体积小的特点体积小的特点。 局限性： • 管芯数量增多时会增大实现阻抗匹配的难度，芯片上制作无源匹配和合 成传输线的面积也随之增大，导致传输损耗变大，合成效率低下，难以 实现有效的多路合成。 • 当频率升高时当频率升高时，管芯之间距离很小管芯之间距离很小，如果合成路数较多如果合成路数较多，散热问题将难散热问题将难 以解决。一般在芯片级的功率合成中，合成级数一般不超过四级，仅靠 芯片合成所提高的功率是很有限的。 一、毫米波功率合成技术现状 2.电路功率合成 • 谐振式功率合成将多个固态放大器的输出功率通过在谐振腔内特定模式耦合实现 功率叠加。该结构的优点是：由于器件功率直接耦合到谐振腔内合成并输出，基 本上没有路径损耗本上没有路径损耗，合成效率高合成效率高。主要缺点是主要缺点是，合成电路合成电路QQ值高值高，工作频带窄工作频带窄， 合成路数增多时合成效率降低严重。多路数合成时效率降低，可用于合成的器件 数目受腔体模式问题限制。 •• 非谐振式功率合成中非谐振式功率合成中，功率器件之间的间距不受限制功率器件之间的间距不受限制，匹配性能好匹配性能好，散热易于实散热易于实 现，合成路数多。电路合成方式主要有多级树形结构和N-路结构两种。对毫米波 N-路固态功率合成来说，随着支路数量的增多，相应的合成网络除了结构、工作 带宽等原因外还存在模式问题带宽等原因外还存在模式问题、多路固态功率器件集成等问题多路固态功率器件集成等问题。 一、毫米波功率合成技术现状 3.空间功率合成 虽然空间功率合成方案目前在X、Ka、V波段都有广泛的 应用，但仍有明显的缺点。由于其通过天线阵列的方式实现 放大器件功率的输出，为了避免阵列产生栅瓣而导致合成效 率急剧下降，阵列中辐射单元和放大器间隔典型值为半个波 长长，最大不能超过最大不能超过一个波长个波长，这导致器件散热难以很好解决这导致器件散热难以很好解决， 频率越高时散热和辐射效率越难以平衡。Sanders公司的V波 段空间功率合成方案合成效率只有段空间功率合成方案合成效率只有4545%%-5050%%。 一、毫米波功率合成技术现状 4.准光功率合成 为了在短毫米以上频段实现高路数的功率合成为了在短毫米以上频段实现高路数的功率合成，出现了出现了一类类 基于光学原理设计的功率合成方案，与光学系统类似，这些系统 通过透镜通过透镜、介质栅及金属反射面天线等相位元件控制电磁波能量介质栅及金属反射面天线等相位元件控制电磁波能量 分布，利用经过复杂优化的结构实现电磁波束在自由空间的分束 与合成。目前已有报道的有全息栅式、傅立叶栅式、赋形反射面 式三种式三种，与以往空间功率合成方案相比与以往空间功率合成方案相比，它们在设计原理它们在设计原理、工作工作 原理、系统结构上都有明显的不同，但三种方案之间又有内在的 相似性。