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