Ka频段宽带空间功率合成放大器
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件功率合成。
在设计的同时考虑了实物加工对结构的影响。对微带线与芯片之间的金丝互连结构 进行了接近实际的模拟分析。最后采用三金丝来连接微带线和芯片，仿真结果表明，金
丝对整个网络损耗的影响很小。
关键词：毫米波，空间功率合成，新型功率合成结构，Ｈ面双探针
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ
ｂｅ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ
ａｎｄ
ＭＭＩＣｓ
ａｒｅ
ｓｉｍｕｌａｔｅｄ
ｉｎ
ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｌｏｓｓ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｒｅｅ
ｇｏｌｄ—ｗｉｒｅｓ
ａｒｅ
ｕｓｅｄ ｔｏ
ｃｏｎｎｅｃｔ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｄ ＭＭＩＣｓ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ａ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ．
波段（１４．０ＧＨｚ，１３．７５ＧＨｚ ｔｏ １４．５ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＢＢ．ＫＵＳ０８０输出功率最大为１００Ｗ，
ｔｏ
３１．０ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的
ｉｎ３。
ＪＮＢ．ＫＡＭ０５０输出功率最大为５０Ｗ，增益为６０ ｄＢ，体积为１２．５木１４枣６
ＩＴＳ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＡＭＴ、 Ａｃｏｒｄｅ
功率合成技术发展至今，大致可分为４类【５】：芯片级功率合成技术，电路式功率合成 技术，空间功率合成技术，以及应用以上合成技术的混合合成技术。实际应用中，根据
２
’
硕士论文
Ｋａ频段宽带空间功率合成放大器
具体的设计任务选择合适的功率合成技术。 芯片级功率合成是在同一个半导体基片上，将多个功率管管芯并联在小于波长的一 定区域内，利用匹配网络将其连接起来，实现其功率叠加，组合输出高功率。芯片级功 率合成是其他合成技术的基础，只有单个功率芯片输出功率容量大，才能通过其他合成 方法组合出更高的输出功率【６】。这种合成方式存在一定限制：随着工作频率的升高，工 作波长变短，可用于功率合成的区域尺寸减小，偏置和匹配电路的制作难度相应加大， 合成芯片的数目也随之受到限制，从而制约了整个合成系统的输出功率。同时，由于芯 片间的间距变窄，使得散热问题更加突出。因此芯片式功率合成并不能满足大输出功率
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ等公司主要生
产Ｓ、Ｃ、Ｘ、Ｋｕ波段的功率固态功放。 ＪＰＬ实验室也一直致力于高功率功放模块的研发，２００５年，ＪＰＬ实验室研发出Ｋａ波段 的高功率功放模块，在３１．０ＧＨｚ至ＩＪ３６．０ＧＨｚ的宽带频段内，输出功率为１２０Ｗ到１５０Ｗ，增 益为５０ｄＢ，效率达到４０％。
１．３．空间功率合成技术简介
硕士论文
Ｋａ频段宽带窄问功率合成放大器
１．绪论 １．１．引言
毫米波频段范围在国际上还没有严格一致的规范，一般指频率范围为３０－－一３００ＧＨｚ， 属于微波范围。相对于微波其他频段而言，毫米波频段较宽，可利用的频谱资源比较丰 富，可使用频带较宽，考虑到大气的影响，通常可利用的带宽分别为１６、２３、２６和７０
态功放；ＱＵＩＮＳＴＡＲ公司主要生产的是毫米波频段的高功率放大器，最高频段达９０．０
ＧＨｚ到９５．０ＧＨｚ：ＭＩＴＥＱ
Ｐａｒａｄｉｓｅ Ｉｎｃ．、Ａｌｇａ
Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ、Ｎｏｒｓａｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、ＡＮＡＣＯＭ
ＲＳＩ、ＳＴＥＰ
ｎｃ．、
Ｄａｔａｃｏｍ、ＭＩＴＥＣ ＴＥＬＥＣＯＭ、Ｖｅｒｔｅｘ
研究生签名：立查坠
＿ｌ口年易胖日
学位论文使用授权声明
南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。
研究生签名：
≯１９年６月毕日
Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ
Ｉｎｃ。，ＩＴＳ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＡＭＴ，Ａｓｈｔｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ａｃｏｒｄｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｖｏｉｌａ Ｔｅｌｅｔｏｍ、ＣＥＲＮＥＸ Ｉｎｃ．、Ｎｏｒｓａｔ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ等。
其中Ｓｏｐｈｉａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ和Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ这两大公司在高功率固态功放的研究上具有世
ＴＷＴＡ，成为以后发展的一个必然趋势。
在各种电子系统中需要的高功率固态功率放大器一般都是采用功率合成的方式来 实现，即使用小功率的ＭＭＩＣ单片作为基本放大电路来得到微波毫米波系统所需要的大 输出功率，从而满足毫米波发射系统高功率的要求。
１．２．高功率固态功率放大器主要公司及产品概况
目前世界上生产的高功率固态功率放大器的公司有很多，主要有：Ｓｏｐｈｉａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ、
ａｃｈｉｅｖｅｓ
ｃａｎ
ｍａｘｉｍｕｍ
ｃｏｍｂｉｎｇ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｗｉｄｅ．ｂａｎｄ．１０ｗ．１０ｓｓ ａｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒ ｍｕｌｔｉ・ｄｅｖｉｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ｇｏｌｄ．ｗｉｒｅｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ，ｓｐａｔｉａｌ
ｄｏｕｂｌｅ ｐｒｏｂｅ ｉｎ Ｈ ｐｌａｎｅ．
ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ，
ＩＩ
声
明
本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。
ｔｏ
５．０ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＨＡ—ＣＴＲ５００系列输出功率达到５００Ｗ，
ｔｏ
增益为３５ｄＢ，体积为２４｝１２宰８ ｉｎ３。Ｘ波段（７．９ＧＨｚ
８．４ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＢＢ．
ｉｎ３。Ｋｕ
ＸＤＳｌ２０／２００系列最大输出功率为２００Ｗ，增益为６３ ｄＢ，体积为１５．７５枣８幸８
增益为７０ ｄＢ，体积为１５・８木５ｉｎ３。Ｋａ波段（３０．０ＧＨｚ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ和Ｖｏｉｌａ Ｔｅｌｅｔｏｍ等公司生产
的ＳＳＰＡ在Ｋａ波段都能达到１００Ｗ水平，其中Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＡＭＴ公司生产Ｋｕ波段ＳＳＰＡ最大 输出功率分别达到５００Ｗ；Ａｓｈｔｏｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｓｙｓｔｅｍｓ公司在Ｋｕ波段和Ｋａ波段生产的ＳＳＰＡ
都能达到５０Ｗ；ＣＥｌⅢＥＸ Ｉｎｃ．和ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＰＯＷＥＲ Ｉｎｃ．公司主要生产宽带高功率固
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ
ｏｎｅ
ａ
ｎｅｗ
ｔｙｐｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｗｏ ｐａｒｔｓ，ｔｈｅ
ｐａｒｔ ｉｓ
ａ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ
ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ
ａｌｌ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｄｅｖｉｃｅ． ｇｒｅａｔｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ，ｗｈｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｂｙ
Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ公司研发出了世界领先的空间合成频率技术，在较小的封装机体内把功 放基片集合在波导腔体内部，实现较高的放大器功率输出，成功解决了各种各样的通信， 特别是在微波和毫米波谱的雷达和成像技术的应用上。采用这种合成技术生产的高功率 固态功放，与传统技术相比，产生同等的输出功率，半导体含量比大大降低；而较低的 半导体含量可使重量减轻、封装体积变小、效率更高，同时使用成本还能够降低。 Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ公司主要产品有卫星通信专用的Ｋａ波段、Ｋｕ波段和Ｃ波段的ＳＳＰＡｓ和 ＢＵＣｓ，Ｃ波段的对流层散射通信专用的ＳＳＰＡｓ，航空的Ｋｕ波段和Ｋａ波段ＳＳＰＡｓ应用 等。Ｃ波段（４．４ＧＨｚ
ＨＦＳＳ
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐａｃｋａｇｅ．Ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｃｈａｎｎｅｌ
ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｌｅｓｓ ｂａｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ０．６ ｄＢ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｓｈｏｗｅｄ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｌｏｗ ｂａｃｋ—ｔｏ・ｂａｃｋ
ａｎｄ
ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ
ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ １ ５ ｄＢ ａｔ ２８－３２ＧＨｚ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ａｂｏｕｔ ９０％，ｗｈｉｃｈ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｄｏｕｂｌｅ ｐｒｏｂｅ ｉｎ Ｈ ｐｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ
ａ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ
ａ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ，
ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｐｏｗｅｔ
ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｂｏｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅ
ｔｈａｎ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｈａｓ
ｂｅｅｎ
ｍｏｄｅｌｅｄ
ａｎｄ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
ａ
ｕｓｉｎｇ
南京理工大学 硕士学位论文 Ka频段宽带空间功率合成放大器 姓名：王艳 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：肖泽龙 20100601
硕士论文
Ｋａ频段宽带空问功率合成放大器
摘
要
毫米波高功率放大器是毫米波通信系统发射装置的关键部件。在单个功率器件输出 功率受限的情况下，主要采取功率合成方式来提高系统的输出功率。 本论文根据软件仿真和实物加工情况提出了一种新型功率合成结构，该结构由两个 功率合成器组成，分别是基于Ｈ面双探针的功率合成器和波导微带相结合的功率合成 器，该结构兼顾了空间功率合成和传统电路合成的优点。用ＨＦＳＳ软件对结构进行设计 和优化，整个四路功率分配合成无源网络，在２８ＧＨｚ－３２ＧＨｚ频带内背对背结构的插入 损耗为０．６ｄＢ，回波损耗大于１５ｄＢ，合成效率达到９０％。提出的新型合成器具有宽带性 能好、损耗低、体积小、功率平衡度好的优点。结果证明该结构可以应用到大功率多器
ｔｏ
１８．５ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ输出功率最
ｄＢ，
大的是ＣＯＭＭ．ＳＳＰＡｌ００系列的功率放大器，最大饱和输出达到１２０Ｗ，增益为５６ 体积为１１．５・６．７５・７．７５ ｉｎ３。Ｋａ波段（２９ＧＨｚ
ｔｏ
３１ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ输出功率最大的是
ＫＡ８系列，最大饱和输出达到７５Ｗ，增益为６０ ｄＢ，体积为５．３・１２．７掌２．１ ｉｎ３。
ＧＨｚ，
为宽带信息传输创造了良好的条件；在军事领域中，丰富的频带资源为抗干扰、抗截获 提供了有效手段【ｌｌ。毫米波频率高、波长较短，在相同增益要求条件下，具有较小的天 线口径和体积，利于系统的集成化、小型化，更适合于星载使用；毫米波波束比较窄， 方向性较好，抗截收能力强，保密性比较好，可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰 地观察目标的细节【２ｌ。同时，毫米波具有穿透电离层的特性，对云、烟和尘埃的穿透力 很强【３１，这也是毫米波传输的一大优势。基于毫米波较其他波段的特殊优势，目前毫米 波通信已成为通信系统的重要发展方向。 高功率微波毫米波放大器是通信系统发射装置中的关键部件，具有大的输出功率， 良好的线性度，是模块化系统化的产品。现代电子系统中的高功放主要分为微波电子管 功率放大器（速调管放大器、行波管放大器）和固态功率放大器（ＳＳＰＡ）两类三种。目前在 通信导航等许多电子系统中，这三种高功放均有运用。长期以来，通信系统中的高功率 放大器普遍采用速调管放大器（ＫＰＡ）或行波管放大器（ＴＷＴＡ）１４１。随着砷化镓固态技术和 功率合成技术的发展，在微波毫米波各个频段中都研发出大功率固态放大器产品。与 ＫＰＡ和ＴＷＴＡ相比，ＳＳＰＡ有其特有的优点：体积小、重量轻、宽频带、线性好、噪声低、 可靠性高、价格低等。由于ＳＳＰＡ突出优势，在卫星通信等领域已逐渐替代了ＫＰＡ、
界领先技术，在业界有很高的知名度。Ｓｏｐｈｉａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ公司生产的固态功放实现了较高
ｌ绪论
硕十论文
的功率输出，与传统功放相比，有效的减少了输出损耗，确保了固态功率放大器效率的 最大化，具有体积、质量小巧，效率高的优点。生产的主要产品包括用于卫星通信的 Ｋｕ波段和Ｋａ波段ＢＵＣ和ＳＳＰＡ。Ｋｕ波段（１２．６ＧＨｚ
在设计的同时考虑了实物加工对结构的影响。对微带线与芯片之间的金丝互连结构 进行了接近实际的模拟分析。最后采用三金丝来连接微带线和芯片，仿真结果表明，金
丝对整个网络损耗的影响很小。
关键词：毫米波，空间功率合成，新型功率合成结构，Ｈ面双探针
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ
ｂｅ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ
ａｎｄ
ＭＭＩＣｓ
ａｒｅ
ｓｉｍｕｌａｔｅｄ
ｉｎ
ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｌｏｓｓ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｒｅｅ
ｇｏｌｄ—ｗｉｒｅｓ
ａｒｅ
ｕｓｅｄ ｔｏ
ｃｏｎｎｅｃｔ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｄ ＭＭＩＣｓ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ａ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ．
波段（１４．０ＧＨｚ，１３．７５ＧＨｚ ｔｏ １４．５ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＢＢ．ＫＵＳ０８０输出功率最大为１００Ｗ，
ｔｏ
３１．０ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的
ｉｎ３。
ＪＮＢ．ＫＡＭ０５０输出功率最大为５０Ｗ，增益为６０ ｄＢ，体积为１２．５木１４枣６
ＩＴＳ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＡＭＴ、 Ａｃｏｒｄｅ
功率合成技术发展至今，大致可分为４类【５】：芯片级功率合成技术，电路式功率合成 技术，空间功率合成技术，以及应用以上合成技术的混合合成技术。实际应用中，根据
２
’
硕士论文
Ｋａ频段宽带空间功率合成放大器
具体的设计任务选择合适的功率合成技术。 芯片级功率合成是在同一个半导体基片上，将多个功率管管芯并联在小于波长的一 定区域内，利用匹配网络将其连接起来，实现其功率叠加，组合输出高功率。芯片级功 率合成是其他合成技术的基础，只有单个功率芯片输出功率容量大，才能通过其他合成 方法组合出更高的输出功率【６】。这种合成方式存在一定限制：随着工作频率的升高，工 作波长变短，可用于功率合成的区域尺寸减小，偏置和匹配电路的制作难度相应加大， 合成芯片的数目也随之受到限制，从而制约了整个合成系统的输出功率。同时，由于芯 片间的间距变窄，使得散热问题更加突出。因此芯片式功率合成并不能满足大输出功率
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ等公司主要生
产Ｓ、Ｃ、Ｘ、Ｋｕ波段的功率固态功放。 ＪＰＬ实验室也一直致力于高功率功放模块的研发，２００５年，ＪＰＬ实验室研发出Ｋａ波段 的高功率功放模块，在３１．０ＧＨｚ至ＩＪ３６．０ＧＨｚ的宽带频段内，输出功率为１２０Ｗ到１５０Ｗ，增 益为５０ｄＢ，效率达到４０％。
１．３．空间功率合成技术简介
硕士论文
Ｋａ频段宽带窄问功率合成放大器
１．绪论 １．１．引言
毫米波频段范围在国际上还没有严格一致的规范，一般指频率范围为３０－－一３００ＧＨｚ， 属于微波范围。相对于微波其他频段而言，毫米波频段较宽，可利用的频谱资源比较丰 富，可使用频带较宽，考虑到大气的影响，通常可利用的带宽分别为１６、２３、２６和７０
态功放；ＱＵＩＮＳＴＡＲ公司主要生产的是毫米波频段的高功率放大器，最高频段达９０．０
ＧＨｚ到９５．０ＧＨｚ：ＭＩＴＥＱ
Ｐａｒａｄｉｓｅ Ｉｎｃ．、Ａｌｇａ
Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ、Ｎｏｒｓａｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、ＡＮＡＣＯＭ
ＲＳＩ、ＳＴＥＰ
ｎｃ．、
Ｄａｔａｃｏｍ、ＭＩＴＥＣ ＴＥＬＥＣＯＭ、Ｖｅｒｔｅｘ
研究生签名：立查坠
＿ｌ口年易胖日
学位论文使用授权声明
南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。
研究生签名：
≯１９年６月毕日
Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ
Ｉｎｃ。，ＩＴＳ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＡＭＴ，Ａｓｈｔｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ａｃｏｒｄｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｖｏｉｌａ Ｔｅｌｅｔｏｍ、ＣＥＲＮＥＸ Ｉｎｃ．、Ｎｏｒｓａｔ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ等。
其中Ｓｏｐｈｉａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ和Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ这两大公司在高功率固态功放的研究上具有世
ＴＷＴＡ，成为以后发展的一个必然趋势。
在各种电子系统中需要的高功率固态功率放大器一般都是采用功率合成的方式来 实现，即使用小功率的ＭＭＩＣ单片作为基本放大电路来得到微波毫米波系统所需要的大 输出功率，从而满足毫米波发射系统高功率的要求。
１．２．高功率固态功率放大器主要公司及产品概况
目前世界上生产的高功率固态功率放大器的公司有很多，主要有：Ｓｏｐｈｉａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ、
ａｃｈｉｅｖｅｓ
ｃａｎ
ｍａｘｉｍｕｍ
ｃｏｍｂｉｎｇ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｗｉｄｅ．ｂａｎｄ．１０ｗ．１０ｓｓ ａｎｄ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒ ｍｕｌｔｉ・ｄｅｖｉｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ｇｏｌｄ．ｗｉｒｅｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ，ｓｐａｔｉａｌ
ｄｏｕｂｌｅ ｐｒｏｂｅ ｉｎ Ｈ ｐｌａｎｅ．
ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ，
ＩＩ
声
明
本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。
ｔｏ
５．０ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＨＡ—ＣＴＲ５００系列输出功率达到５００Ｗ，
ｔｏ
增益为３５ｄＢ，体积为２４｝１２宰８ ｉｎ３。Ｘ波段（７．９ＧＨｚ
８．４ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＢＢ．
ｉｎ３。Ｋｕ
ＸＤＳｌ２０／２００系列最大输出功率为２００Ｗ，增益为６３ ｄＢ，体积为１５．７５枣８幸８
增益为７０ ｄＢ，体积为１５・８木５ｉｎ３。Ｋａ波段（３０．０ＧＨｚ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ和Ｖｏｉｌａ Ｔｅｌｅｔｏｍ等公司生产
的ＳＳＰＡ在Ｋａ波段都能达到１００Ｗ水平，其中Ａｄｖａｎｔｅｃｈ ＡＭＴ公司生产Ｋｕ波段ＳＳＰＡ最大 输出功率分别达到５００Ｗ；Ａｓｈｔｏｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｓｙｓｔｅｍｓ公司在Ｋｕ波段和Ｋａ波段生产的ＳＳＰＡ
都能达到５０Ｗ；ＣＥｌⅢＥＸ Ｉｎｃ．和ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＰＯＷＥＲ Ｉｎｃ．公司主要生产宽带高功率固
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ
ｏｎｅ
ａ
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ｔｙｐｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｗｏ ｐａｒｔｓ，ｔｈｅ
ｐａｒｔ ｉｓ
ａ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ
ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ
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ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｄｅｖｉｃｅ． ｇｒｅａｔｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ，ｗｈｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｂｙ
Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ公司研发出了世界领先的空间合成频率技术，在较小的封装机体内把功 放基片集合在波导腔体内部，实现较高的放大器功率输出，成功解决了各种各样的通信， 特别是在微波和毫米波谱的雷达和成像技术的应用上。采用这种合成技术生产的高功率 固态功放，与传统技术相比，产生同等的输出功率，半导体含量比大大降低；而较低的 半导体含量可使重量减轻、封装体积变小、效率更高，同时使用成本还能够降低。 Ｗａｖｅｓｔｒｅａｍ公司主要产品有卫星通信专用的Ｋａ波段、Ｋｕ波段和Ｃ波段的ＳＳＰＡｓ和 ＢＵＣｓ，Ｃ波段的对流层散射通信专用的ＳＳＰＡｓ，航空的Ｋｕ波段和Ｋａ波段ＳＳＰＡｓ应用 等。Ｃ波段（４．４ＧＨｚ
ＨＦＳＳ
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐａｃｋａｇｅ．Ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｃｈａｎｎｅｌ
ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｌｅｓｓ ｂａｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ０．６ ｄＢ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｓｈｏｗｅｄ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｌｏｗ ｂａｃｋ—ｔｏ・ｂａｃｋ
ａｎｄ
ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ
ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ １ ５ ｄＢ ａｔ ２８－３２ＧＨｚ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ａｂｏｕｔ ９０％，ｗｈｉｃｈ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｄｏｕｂｌｅ ｐｒｏｂｅ ｉｎ Ｈ ｐｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ
ａ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ
ａ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ，
ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｐｏｗｅｔ
ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｂｏｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅ
ｔｈａｎ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｈａｓ
ｂｅｅｎ
ｍｏｄｅｌｅｄ
ａｎｄ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
ａ
ｕｓｉｎｇ
南京理工大学 硕士学位论文 Ka频段宽带空间功率合成放大器 姓名：王艳 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：肖泽龙 20100601
硕士论文
Ｋａ频段宽带空问功率合成放大器
摘
要
毫米波高功率放大器是毫米波通信系统发射装置的关键部件。在单个功率器件输出 功率受限的情况下，主要采取功率合成方式来提高系统的输出功率。 本论文根据软件仿真和实物加工情况提出了一种新型功率合成结构，该结构由两个 功率合成器组成，分别是基于Ｈ面双探针的功率合成器和波导微带相结合的功率合成 器，该结构兼顾了空间功率合成和传统电路合成的优点。用ＨＦＳＳ软件对结构进行设计 和优化，整个四路功率分配合成无源网络，在２８ＧＨｚ－３２ＧＨｚ频带内背对背结构的插入 损耗为０．６ｄＢ，回波损耗大于１５ｄＢ，合成效率达到９０％。提出的新型合成器具有宽带性 能好、损耗低、体积小、功率平衡度好的优点。结果证明该结构可以应用到大功率多器
ｔｏ
１８．５ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ输出功率最
ｄＢ，
大的是ＣＯＭＭ．ＳＳＰＡｌ００系列的功率放大器，最大饱和输出达到１２０Ｗ，增益为５６ 体积为１１．５・６．７５・７．７５ ｉｎ３。Ｋａ波段（２９ＧＨｚ
ｔｏ
３１ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ输出功率最大的是
ＫＡ８系列，最大饱和输出达到７５Ｗ，增益为６０ ｄＢ，体积为５．３・１２．７掌２．１ ｉｎ３。
ＧＨｚ，
为宽带信息传输创造了良好的条件；在军事领域中，丰富的频带资源为抗干扰、抗截获 提供了有效手段【ｌｌ。毫米波频率高、波长较短，在相同增益要求条件下，具有较小的天 线口径和体积，利于系统的集成化、小型化，更适合于星载使用；毫米波波束比较窄， 方向性较好，抗截收能力强，保密性比较好，可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰 地观察目标的细节【２ｌ。同时，毫米波具有穿透电离层的特性，对云、烟和尘埃的穿透力 很强【３１，这也是毫米波传输的一大优势。基于毫米波较其他波段的特殊优势，目前毫米 波通信已成为通信系统的重要发展方向。 高功率微波毫米波放大器是通信系统发射装置中的关键部件，具有大的输出功率， 良好的线性度，是模块化系统化的产品。现代电子系统中的高功放主要分为微波电子管 功率放大器（速调管放大器、行波管放大器）和固态功率放大器（ＳＳＰＡ）两类三种。目前在 通信导航等许多电子系统中，这三种高功放均有运用。长期以来，通信系统中的高功率 放大器普遍采用速调管放大器（ＫＰＡ）或行波管放大器（ＴＷＴＡ）１４１。随着砷化镓固态技术和 功率合成技术的发展，在微波毫米波各个频段中都研发出大功率固态放大器产品。与 ＫＰＡ和ＴＷＴＡ相比，ＳＳＰＡ有其特有的优点：体积小、重量轻、宽频带、线性好、噪声低、 可靠性高、价格低等。由于ＳＳＰＡ突出优势，在卫星通信等领域已逐渐替代了ＫＰＡ、
界领先技术，在业界有很高的知名度。Ｓｏｐｈｉａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ公司生产的固态功放实现了较高
ｌ绪论
硕十论文
的功率输出，与传统功放相比，有效的减少了输出损耗，确保了固态功率放大器效率的 最大化，具有体积、质量小巧，效率高的优点。生产的主要产品包括用于卫星通信的 Ｋｕ波段和Ｋａ波段ＢＵＣ和ＳＳＰＡ。Ｋｕ波段（１２．６ＧＨｚ