第２９卷第３期 红外与毫米波学报 Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．３ ２０１０年６月 Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ Ｊｕｎｅ，２０１０ 文章编号：１００１—９０１４（２０１０）０３—０１８０—０５ 基于柔性基片集成波导技术的Ｋａ波段功率 放大器的设计和制作 朱红兵 ， 洪 伟 ， 田 玲 ， 汤红军 ， 陈继新 ， 何繁繁 （１．东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室，江苏 南京２１００９６； ２．南京电讯技术研究所，江苏南京２１０００７） 摘要：设计、制作并测试了一个Ｋａ波段八路合成宽带功率放大器．测试结果表明在２６．５ＧＨｚ上最大输出功率约为 ４．２Ｗ（连续波），在２６．４ＧＨｚ上最大合成效率约为７２．５％，在２５．１—２８．４ＧＨｚ范围内合成效率大于６０％．这种功率 放大器的基本组成单元是一对含对称尖劈过渡结构的柔性基片集成波导（ＦＳＩＷ）．将一组该单元上的对称尖劈沿 波导窄壁分别插入相应的输入和输出矩形金属波导，就可在波导内实现宽带、高效率的功率分配和功率合成．结果 表明这项技术可方便地用于宽带毫米波固态功率放大器设计． 关键词：功率合成；毫米波功率放大器；基片集成波导；柔性基片集成波导 中图分类号：ＴＮ７３ 文献标识码：Ａ ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩｏＮ ｏＦ Ｋａ．ＢＡＮＤ ＢＲＯＡＤＢＡＮ’Ｄ ＣｏＭＢＩＮＥＤ ＰＯＷＥＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ ＢＡＳＥＤ ｏＮ ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ ＺＨＵ Ｈｏｎｇ—Ｂｉｎｇ ，ＨＯＮＧ Ｗｅｉ ， ＴＩＡＮ Ｌｉｎｇ ，ＴＡＮＧ Ｈｏｎｇ．Ｊｕｎ ， ＣＨＥＮ Ｊｉ．Ｘｉｎ。， ＨＥ Ｆａｎ—Ｆａｎ。 （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅｓ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｅｉｇｈｔ—ｗａｙ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ａｔ Ｋａ—ｂａｎｄ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ４．２Ｗ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）ａｔ ２６．５ＧＨｚ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｅｉｆｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ６０％ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｎｇｅ（２５．１～２８．４ＧＨｚ）ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｔｏ ７２．５％ａｔ ２６．４ＧＨｚ．Ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ— ａｌ ｃｅｌｌ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｉｓ ａ ｄｏｕｂｌｅ ａｎｔｉｐｏｄａｌ ｌｆｅｘｉｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ＦＳＩＷ）ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｄｏｖｅ—ｔａｉｌ ｔａｐｅｒ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｄｏｖｅ－ｔａｉｌ ｔａｐｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｃｅｌｌｓ ａｒｅ ｓｔａｃｋｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ａｎｄ ｐｌｕｇｇｅｄ ａｌｏｎｇ ｎａｒｒｏｗ ｗａｌｌ ｉｎｔｏ ａ ｃｏｕｐｌｅ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ａ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｉｓ ｔｈｅｎ ｓｉｍｐｌｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ａｍｐｌｉｉｆｅｒｓ ａｔ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ．．ｗａｖｅ ｆｒｅ－． ｑｕｅｎｃｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ；ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ＳＩＷ）；ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ＦＳＩＷ） 引言 放大器．以往的研究表明，随着功率放大器中ＭＭＩＣ 器件个数的增加，空间功率合成比平面功率合成具 在毫米波频段，由于受微波单片集成电路 有更高的合成效率¨Ｊ．国内外已有不少关于空间功 （ＭＭＩＣ）工艺水平的限制，单个ＭＭＩＣ功放芯片所 率合成技术方面的研究报道 』． 能提供的最大输出功率往往不能满足系统设计要 基片集成波导（ＳＩＷ）传播主模为类ＴＥｍ模 Ｊ， 求，需采用功率合成技术来构建发射机的末级功率 与矩形金属波导（简称波导）传播主模ＴＥ 。模相近， 收稿日期：２００９—０１－０９，修回日期：２００９－０９－０９ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２００９．Ｏ１－０９，ｒｅｖｉｓｅｄ ｄａｔｅ：２００９—０９．０９ 基金项目：国家自然科学基金委创新群体基金资助（６０６２１００２） 作者简介：朱红兵（１９６７・），男，江苏南京人，高级工程师，博士研究生，主要研究方向为通信系统中射频技术，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｂｚｈｕ＠ｅｍｆｉｅｌｄ．ｏｒｇ ３期 朱红兵等：基于柔性基片集成波导技术的Ｋａ波段功率放大器的设计和制作 １８１ 具有低损耗、低辐射、抗干扰等特性．由于ＳＩＷ可以 采用传统的印制板工艺制作或生产，与波导比较则 具有设计灵活、加工成本低、体积小、重量轻、易于与 平面电路连接等优点．因此，近年来采用ＳＩＷ技术 实现功率合成正逐渐受到人们的重视【６’ ． 本文提出了一种基于柔性基片集成波导 （ＦＳＩＷ）技术的空间功率合成方案．将一对含对称尖 劈过渡结构的ＦＳＩＷ作为功率放大器的基本组成单 元（简称ＳＩＷ功分／合成单元），利用ＳＩＷ与波导在 传播主模上的相似性特点，通过一组等厚度ＳＩＷ功 分／合成单元和一对波导来共同实现宽带信号的功 率分配和功率合成．同时，由于信号经ＦＳＩＷ被引入 到波导外进行放大，方便了放大器安装、调试和散 热．采用ＦＳＩＷ技术，在Ｋａ波段上设计并制作了一 个八路功分／合成器，仿真结果和测试结果基本一 致．在此基础上，研制了一个Ｋａ波段八路宽带功率 放大器． １设计方法 １．１基于ＳＩＷ技术的功率分配 一般来说，影响功率放大器带宽和合成效率的 主要因素是信号的功率分配和功率合成，而且，功率 分配器和功率合成器的结构是对称的．因此，我们的 关注点是如何设计宽带、低回波损耗和低传输损耗 的功率分配器．本文中如图１所示，功率放大器的基 本组成单元是ＳＩＷ功分／合成单元．图２给出了／１， 个等厚度ＳＩＷ功分／合成单元与输入波导共同构成 ｎ路功率分配器的结构示意图．可以看出，单元上的 对称尖劈过渡结构层叠在一起，并沿波导窄壁被紧 密插入到输人波导中．由于波导的传播主模为ＴＥ，。 模，其沿波导窄壁的电场分量为０．而且，ＳＩＷ的传 播主模为类ＴＥ。。模．因此，在不改变场分布的情况 下，来自波导的输入信号可以通过对称尖劈过渡结 构均匀传递到每个ＳＩＷ功分／合成单元中，从而方 便地实现ｎ路信号的功率分配或功率合成． 在图２中，对称尖劈过渡结构的作用是使波导 与ＳＩＷ这两种不同传输线之间获得良好匹配，从而 减小由于信号传输不连续性所引起的回波损耗．对 于图１中的ＳＩＷ功分／合成单元，口为尖劈的宽度， 与波导的宽壁尺寸相同；Ｌ—ｔｒａｎｓ为尖劈的长度； 一 ｃｏｐ为尖劈留有的上下敷铜部分长度；Ｌ—ｄｏｖｅ为尖劈 开口部分长度；Ｗ＿ｓｉｗＯ为波导衔接处ＳＩＷ宽度；Ｗ ｓｉｗｌ为Ｋａ波段ＳＩＷ宽度；Ｒ—ｖｉａ为金属通孔半径；Ｌ ＿ｖｓｐ为金属通孑Ｌ间距．随着尖劈长度的增加，信号的 对称尖劈过渡结构 有源器件安装区域 ＳＩＷ （ａ） 图１ （ａ）ＳＩＷ功分／合成单元结构示意图（ｂ）对称尖劈过 渡结构 Ｆｉｇ．１ （ａ）Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ （ｂ）ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｄｏｖｅ—ｔａｉｌ ｔａｐｅｒ １个 元 个单元 个单元 图２基于ＳＩＷ技术的功率分配器结构示意图 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｆｉｕｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＩＷ 回波损耗就会减小，但是信号的传输损耗就会变大． 而且，该结构的其它参数也会对信号的传输特性产 生影响．因此，需采用折衷方案来优化设计对称尖劈 过渡结构的所有尺寸． １．２八路ＦＳＩＷ功率分配器设计 在构成功率分配器或功率合成器时，每个ＳＩＷ 功分／合成单元的对称尖劈过渡结构在波导内是层 叠在一起的．然而，它们处于波导外的部分需设法分 隔开，以便腾出空间来安装功放芯片及其供电、滤波 和散热部件．本文采用弯曲ＳＩＷ的方式来解决这个 问题．将薄ＳＩＷ作为柔性波导来使用，通过适当折 弯ＳＩＷ使各单元彼此分开．ＳＩＷ折弯后，其导波特 ｌ８２ 红外与毫米波学报 ２９卷 波导１ ． Ｊ波导 输入 金属 座 输出 图３ （ａ）八路ＦＳＩＷ功分／合成器结构顶视图（ｂ）八路 ＦＳＩＷ功分／合成器结构侧视图 Ｆｉｇ．３ （ａ）Ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ—ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ （ｔｏｐ ｖｉｅｗ）（ｂ）ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ－ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉ－ ｈｅｒ（ｓｉｄｅ ｖｉｅｗ） 性基本不发生变化 ．图３给出了八路ＦＳＩＷ功分／ 合成器的结构示意图．该结构的左右部分分别为功 培邶ｍ 舶ｍ珈 璐霉： 率分配器和功率合成器，功放芯片及其附件位于此 结构的中部，可分别被安装在每个ＳＩＷ功分／合成 单元上． 由图３（ａ）可以看出，八个ＳＩＷ功分／合成单元 依中轴线对称分布．靠近中轴线的单元长度最短，远 离中轴线的单元长度较长．由于单元长度各不相同， 如采用等宽设计这些ＳＩＷ单元，则会导致信号在功 率分配器输出端口上相位不一致，不利于信号放大 后进行功率合成．本文采用不等宽方案来设计ＳＩＷ 单元，通过调节ＳＩＷ宽度来改变信号的相位特 性ｌ９ Ｊ，从而满足功率分配器输出信号的同相要求． 图４给出了这种八路功率分配器（图３中的左 半部分）采用ＦＥＭ方法优化设计后的ｓ参数仿真结 果，Ｗ—ｓｉｗｌ的值由内向外依次为：６．９ｍｍ、６．５ｍｍ、 ６．３ｒａｍ、５．９ｍｍ．整个仿真设计过程考虑了基片介质 和金属敷铜的损耗．由图４（ａ）可以看出，在２５— ２９ＧＨｚ范围内输入回波损耗（Ｓ１１）低于一１６ｄＢ，传 输损耗（￥２１，￥３１，…，￥９１）均处于一１０±０．２ｄＢ范围 内．由图４（ｂ）可以看出，在２５．８～２８．６ＧＨｚ范围内 输出信号的相位误差均小于±５％．说明这种结构具 有理想的宽带功分特性． 为了评估图３所示的八路功分／合成器结构在 功率合成中的应用效果，将每个ＳＩＷ功分／合成单 元中的ＭＭＩＣ功放芯片用微带线来代替，作为该无 十Ｓｌ ＋Ｓ２ ＋Ｓ３ ＋Ｓ４ 十Ｓ５ ＋Ｓ６ 、 ｈ 十＋Ｓ８ Ｓ７ ＃ 十ＳＱ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ｆ／ＧＨｚ （ａ） ２００ １５０ １００ ５０ ０ 、 』 —Ｓ２ ｆ ＋Ｓ３ ．．５Ｏ －１００ ／ —十Ｓ．广一Ｓ４５ ＋Ｓ６ ＋Ｓ７ －１５０ ＋Ｓ８ ｌ＋Ｓ９ ．２ｏｏ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ｆ／Ｇｎｚ （ｂ） 图４（ａ）八路ＦＳＩＷ功率分配器仿真结果（幅频特性） （ｂ）八路ＦＳＩＷ功率分配器仿真结果（相频特性） Ｆｉｇ．４ （ａ）Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ．ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ （ａｍｐｌｉｔｕｄｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）（ｂ）ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ．ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ（ｐｈａｓｅ．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅ． ｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ） Ｊ－｜ Ｈ－． －●‘● ＿－－Ｉ＿ ｆ一 １ ｆ 、 ｜ ｌ ｆ ’ 厂＼ ＾， ＼ ＼ｆ ＼ｊ ： ＼／ｒＦ Ｉ ・ｌ± ｌｌ厂一 ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ｌｆＧＨｚ 图５八路ＦＳＩＷ功分／合成器仿真结果 Ｆｉｇ．５ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ—ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ 源结构的ＳＩＷ测试单元．采用ＦＥＭ方法进行仿真 设计，考虑了基片介质和金属敷铜损耗的仿真结果 如图５所示．可以看出，在２５．９—２８．９ＧＨｚ范围内 输入回波损耗低于一１５ｄＢ．在２６．９ＧＨ上，传输损耗 为一２．２ｄＢ，在２５．８—２８．８ＧＨｚ范围内传输损耗优 于一２．８ｄＢ． ２试验结果 ３期 朱红兵等：基于柔性基片集成波导技术的Ｋａ波段功率放大器的设计和制作 １８３ 图６八路ＦＳＩＷ功分／合成器实物照片 Ｆｉｇ．６ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ—ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ０ 咧 ∞硝 档镏瑚 ＿５ ・１０ ｝ ： ∞一１５ 、 ｉ＿， ， ｆ ＼ —Ｔ厂 、＼｝ ／ ．２０ —２５ ７ ｌ＼ 』＼ ｙ＼／『 １ｌ一Ｓ—Ｓ２１ Ｓｌ１ｍＵｍＵ ａｔｅｄ —３０ ｌ Ｉ＋’Ｓ１Ｓ２ ｍｅ ｍｅａａｓａｒｕｒｅｄ ３５ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ，７ＧＨｚ 图７八路ＦＳＩＷ功￣ｔ／合成器测试结果 Ｆｉｇ．７ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ—ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ２．１ 八路ＦＳＩＷ功分／合成器测试 设计并制作了一个Ｋａ波段八路ＦＳＩＷ功分／合 成器，如图６所示．ＳＩＷ测试单元采用标准印刷电路 板（ＰＣＢ）工艺制作，介质材料为Ｒｏｇｅｒｓ ＲＴ／ｄｕｒｏｉｄ ５８８０，基片厚度为０．２５４ｍｍ． 图７给出了Ｓ参数测试结果．可以看出，在２５．７ ～２８．４ＧＨｚ范围内输入回波损耗低于一ｌＯｄＢ．在 ２６．５ＧＨｚ上，传输损耗约为一２．８ｄＢ；在２５．７～ ２８．３ＧＨｚ范围内，传输损耗优于一３．７ｄＢ．与仿真结 果相比，测试的回波损耗和传输损耗都有稍许增大． 经分析，其主要原因是由实物样品制造工艺上的缺 陷所带来的影响，包括诸如印刷电路板制作工艺的 偏差和波导腔体加工精度及光洁度的不够精细等． 尽管如此，测试结果与仿真结果基本一致． ２．２功率放大器测试 实际研制了一个Ｋａ波段八路功率放大器，如 图８所示．图８（ａ）为实验样品照片，图８（ｂ）为单个 ＳＩＷ功分／合成单元照片．该功放主要由一对Ｋａ波 段波导、一个金属底座、一个上盖散热器、一个底座 散热器和八个ＳＩＷ功分／合成单元组成．每个ＳＩＷ 功分／合成单元的接地背面均焊接有一块金属衬底， 其对称尖劈分别插入输入或输出Ｋａ波段波导内， 而它们的金属衬底下端部分则依次插入到金属底座 图８（ａ）Ｋａ波段功率放大器实物照片（ｂ）ＳＩＷ功分／合成 单元照片 Ｆｉｇ．８ （ａ）Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｋａ—ｂａｎｄ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ｂ）ｐｈｏ— ｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＷ出ｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｃｅｌｌ 对应的刻槽中，并通过螺钉固定．金属底座安装在底 座散热器上，通过底座散热器为功放散热．同时，上 盖散热器通过螺钉与金属衬底上端部分紧密连接， 具有辅助散热作用． 功放电路所采用的功率器件是Ｅｕｄｙｎａ公司生 产的商用ＭＭＩＣ芯片ＦＭＭ５８０７Ｘ，其单片所能提供 的最大功率约为０．８Ｗ（典型值）．按使用要求，这些 芯片的背部接地面被焊接在金属衬底上，芯片的信 号接口和电源接口则通过键合工艺与外部相连．金 属衬底可以将芯片产生的热量传导到金属底座和上 盖散热器．芯片工作时，漏极供电电压选择为＋６Ｖ， 栅极偏置电压约为一０．１３Ｖ，此时漏极电流约为 ６２０ｍＡ，因此八路功放的直流功耗约为３０Ｗ．为保证 功率合成电路能稳定工作，需对每个芯片的直流偏 置做高、低频滤波处理． 图９给出了该八路功率放大器在连续波（ＣＷ） 工作方式下输入和输出功率的测试结果，可以看出， 在２６．５ＧＨｚ上该功率放大器的最大输出功率约为 ４．２Ｗ．在２５．６～２８．２ＧＨｚ范围内，功率增益均大于 １３ｄＢ． 由该功放无源结构（八路ＦＳＩＷ功分／合成器） 的￥２１参数测试结果可推算出其合成效率 ．图１０ 给出了计算所得到的合成效率曲线，在２６．４ＧＨｚ上 其最大合成效率约为７２．５％，在２５．１～２８．４ＧＨｚ范 围内，合成效率大于６０％． ｌ８４ 红外与毫米波学报 ２９卷 置 弓￡ ．．．－－－｜ ＂ 如 ●●●－●∞ ：２ 作和散热方便的毫米波功率放大器．说明这项技术 ，ｎ ●— Ｈ｜●●●１Ｈ 可有效地用于宽带毫米波功率合成器设计． 加 ∞ ∞ ∞ 、ｏｏ ｃｋ∞ ００＿Ｄ０ ｏｏｏｏ ４７８． ＲＥＦＥＲＥＮＣＥＳ ｌ１］ＫＥＮＮＥＴＨ Ｊ Ｒｕｓｓｅｌ１．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈ． ｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ ，１９７９，２７（５）：４７２— ［２］ＺＨＡＯ Ｃｈｅｎ—Ｘｉ，ＸＩＥ Ｘｉａｏ・Ｑｉａｎｇ，ＸＵＥ Ｒｕｔ－Ｍｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ １０Ｗ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｓｐａｔｉａｌ Ｉ ｏｕ咖ＰｏｗｅｒＩ Ｉ＾Ｔ一…－ｎ一…一一 Ｉｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．．，．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ（赵晨 曦，谢小强，徐锐敏．毫米波ＩＯＷ空间功率合成放大器 ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ｌｆＧＨｚ 图９功率放大器测试结果 Ｆｉｇ．９ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ－ｗａｙ ＦＳＩＷ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍ－ ｂｉｎｅｒ ｌ ＩＪ＾ ■ 厂、 一Ｊ ／＼●／ －！ ■＼ ＼ 气 ＼ ＼ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ｆ／ＧＨｚ 图１０功率合成效率曲线 Ｆｉｇ．１０ Ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ３结论 现在随着毫米波通信系统的发展，毫米波功率 合成放大器受到人们越来越多的关注．基于ＦＳＩＷ 技术，利用ＳＩＷ与波导在传播主模上相似性的特 点，设计、制作了一个Ｋａ波段八路功分／合成器．并 在此基础上，研制了一个宽带宽、低损耗、体积小、制 研制．红外与毫米波学报），２００８，２７（６）：４３４—４３６． ［３］ＷＵ Ｊｉｎ，ＯＵＹＡＮＧ Ｓｉ－Ｈｕａ，ＹＡＮ Ｙｕｅ—Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａ１．Ａｎａｌｙ— ｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｆｉｎｌｉｎｅ ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｒ ［Ｊ］．Ｊ．ＩｎｒｆａｒｅｄＭｉＵｉｍ．Ｗｃｔｖｅ８（武锦，欧阳思华，阎跃鹏， 等．空间功率合成模块中鳍状天线阵的分析和设计．红 外与毫米波学报），２００８，２７（２）：１５７—１６０． ［４］ＭＥＫＫＩ Ｂｅｌａｉｄ，ＲＡＱＵＥＬ Ｍａｒｔｆｎｅｚ，ｗｕ Ｋｅ．Ａ Ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎ・・ｌｉｎｅ ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｗｅｒ・－ｃｏｍｂｉｎｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＯＲ ，２００４，５２（４）： １１９ｌ一１１９８． ［５］ＹＡＮ Ｌｉ，ＨＯＮＧ Ｗｅｔ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｌｉｎｅｓ［ｃ］．ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ—Ｈ：Ｍｉｅｒｏｗ． Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇ．，２００５，ｉｓ２（１）：３５—４２． Ｉ ６】ＪＩＮ Ｈａｔ．Ｙａｎ，ＷＥＮ Ｇｕａｎｇ．Ｊｕｎ．Ａ ｎｏｖｅｌ ｆｏｕｒ—ｗａｙ ｋａ．ｂａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＨＭＳＩＷｆ Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ— ｗａｖｅ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，１８（８）：５ｌ５— ５ｌ７． 『７ １ ｚＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ—Ｙｕ．ＷＵ Ｋｅ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｈａｌｆ－Ｍｏｄｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ＨＭＳＩＷ）Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｖｉｄｅｒ ［ｃ］．ＩＥＥＥ ＭＴＦ－Ｓ Ｉｎｔ．Ｍｉｃｏｒｗ．Ｓｙｍｐ．Ｄｉｇ．，２００８：８７９— ８８２． ［８］ＺＨＵ Ｈｏｎｇ・Ｂｉｎｇ，Ｈｏｎｇ Ｗｅｔ，Ｔｉａｎ Ｌｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｉｒｍｅｎ・ ｔａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｆ Ｃ １．ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ａｓｉａ．Ｐａｃｉｉｆｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆｅｒ－ ｅｎｅｅ，ＤＥＣ ｌ１－１４，２００７ Ｂａｎｇｋｏｋ，ＴＨＡＩＬＡＮＤ：２３２９— ２３３２． ［９］ＣＨＥＮＧ Ｙｕ－Ｊｉａｎ，ＷＵ Ｋｅ，Ｈｏｎｇ Ｗｅｔ．Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎｔｅｒｇａｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ＳＩＷ）ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｔｆｅｒ ［ｃ］．ＩＥＥＥ ＭＴＴ—ｓ Ｉｎｔ．Ｍｉｃｒｏｗ．Ｓｙｍｐ．Ｄｉｇ．，Ｂｏｓｔｏｎ， ＵＳＡ，Ｊｕｎｅ ２００９：８４５－－８４８． Ｉｌ０『ＥＬＬＩＯＴｒ Ｒ Ｂｒｏｗｎ。ＪＡＭＥＳ Ｆ Ｈａｒｖｅｙ．Ｓｙｓｔｅｍ ｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓ． ｔｉｃｓ ｏｆ ｑｕａｓｉ—ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｉｆｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｃｉｒｃｕｉｓｔ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｍａｇａｚｉｅｎ，２００１，ｌ（４）：２３—３６．
