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毫米波通信具有频带宽、波束窄、全天候工作和元件体积小等优点,在军事、医学和卫星通信等领域都有应用,功率放大器作为大多数无线通信系统最核心的部件,它的性能往往决定了发射机的构架和指标。随着毫米波系统应用的推广,对发射机输出功率从毫瓦到几百瓦甚至更高都有需求,功率合成技术可有效解决单个芯片输出功率不够的问题,将多个单片输出叠加以获得满足系统发射前端所需的输出功率。1、对毫米波功率合成低损耗电路单元进行了仿真设计,首先设计了波导-微带单/双探针和正交波导口过渡的90°扭波导,然后对波导功率合成单元做了理论分析和设计,包括波导T型结、波导分支电桥和波导魔T,通过仿真和测试分析了它们各自的优缺点,为合成网络的设计和选择奠定了基础。2、设计了两种二进制和非二进制功率合成网络。其中二进制合成网络包括基于波导魔T和波导T型结的4路合成网络;非二进制合成网络分别为基于波导分支电桥配合波导-微带单探针的链式结构和基于4.8dB波导分支电桥配合波导-微带双探针的结构,通过仿真对它们的特性作了分析对比,并讨论了适用范围。3、完成了毫米波功率合成放大器的研制。首先根据课题设计指标,选择了合适的芯片,并对Ka波段20W功放模块设计了4路合成的方案,整个功放模块由两级驱动和末级合成功放构成,芯片在不同环境温度下增益的变化采用多个温补衰减器补偿;然后综合仿真结果、加工可行性和尺寸要求等因素考虑,确定采用波导T型结的4路合成实现功放模块制作。对基于波导T型结和波导-微带单探针的4路合成网络直通电路加工和测试,在29.4GHz~31GHz的频带范围内,回波损耗均优于-14dB,插入损耗平均在4.5dB左右;最后完成芯片微组装并对功放模块相关性能进行了测试,在30.6GHz以下频带内,饱和输出功率不低于44dBm,在30.2GHz处最高为44.6dBm,在31GHz处最低为43.7dBm;完成单路功率放大器加工和测试后,得出功放模块合成网络的合成效率,在频率低端合成效率最高达到88.7%,在频率高端合成效率也超过75%;饱和输出功率回退10dB的条件下,在30.6GHz以下的频段合成功放增益达到51dB,在频率高端虽有下降,但也达到了49dB。