基于ADS的微波平面功率合成器设计+仿真图(3)
结束语：对整篇论文的内容进行详细的介绍，并对整个四路威尔金森功率分配/合成器分析与设计过程进行了总结。
2 微波功率合成技术的详情
微波/毫米波功率合成技术经过多年的发展，大致可以归纳为四种类型[1]，管芯型功率合成，电路型功率合成，空间型功率合成和混合型功率合成，如图2.1所示。
图2.1功率合成技术的分类[11]
2.1 管芯型功率合成技术
在长度比波长小的基片上把两个及以上有源器件的管芯聚集，通过串联及串并联的方式链合，并加上输入、输出匹配电路来得到更大的输出功率一种合成技术是管芯型功率合成，如图 2.2所示。
图2.2 管芯型功率器件合成示意图
Josenhans在1968年首先提出管芯型功率合成技术的概念[2]，他将三个IMPATT二极管管芯安装在一块金刚石上，在13GHz时输出功率达到4.5W。Rucker，Amoss和Hill等在上世纪七十年代末先实现了在x波段的多管芯功率合成[3]-[5]，接着扩展到40GHz[6]。1999年，Kohji Matsunag、Ikuo Miura和Naotaka Iwata通过用MMIC多芯片合成技术将4个独立的MMIC设计成Ka频段的功放芯片，在26.5GHz-28.5GHz输出功率3W[7]。Jinho Jeong 在二十一世纪初期采用2块MMIC芯片，在24GHz输出功率1.6W，采用4 块MMIC芯片在24GHz输出功率3.3W ，合成效率均达到83%[8]。
现在主要是微波和毫米波的MMIC芯片的设计用到了管芯型功率合成技术。管芯型功率合成技术主要就采用在MMIC放大器芯片上，如图 2.3 所示。
图 2.3 采用管芯型功率合成的功放单片
管芯型功率合成虽然有体积小、效率高、频带宽、性能稳定等优点。但合成需要将两个及以上管芯在同一基片上连接，合成单元过多，会加大阻抗匹配的难度，另外芯片电路的无源匹配和布置合成传输线会用到介质基片的绝大部分面积，会使传输线本身的损耗提高，将会影响到合成的效率。频率的提高，相对于工作波长来说，各管芯之间的距离对电路的影响也要重视起来，当管芯数量增多，电磁场环境改变，相应的偏置和匹配电路的制作也变得更加复杂，从而影响合成效率；管芯实际的散热面积随着各管芯间距离的减小而减小，造成各管芯的相互热作用，使用管芯合成过多时，整体器件的散热功能会受到影响，因而在毫米波频段，散热问题必须加以考虑，这也是芯片合成瓶颈之一，因而仅靠管芯型功率合成对功率输出的提高作用不大。但是，其它合成技术的根本是管芯型功率合成。
管芯合成目前达到的水平：TRW公司单芯片在95GHz输出功率427mW；TriQuent、Raytheon和Sanders公司Ka频段单芯片输出功率3W；Motorola公司单芯片在 29～31GHz 输出功率37.7dBm。
2.2 电路型功率合成技术
通过功率合成网络将多个功率放大器的输出功率进行叠加，获得大功率输出，这种合成方式称为电路功率合成。与芯片级合成方式不同，在电路式合成中，合理安排各个合成单元的位置，使各个支路之间的隔离好、易于装配、匹配性能较好[9]。按照不同的电路可分成谐振式功率合成与非谐振式功率合成[10][11]。
2.2.1 谐振式功率合成
谐振式功率合成是以提高整个电路的功率输出为目的通过耦合的方式将多个单独的固态器件的输出功率耦合到合成腔体内的一种合成方式。在二极管器件，特别是振荡合成[10][12]的应用上，这种主要用于毫米波高频端的合成方式已经十分成熟了。谐振式功率合成的优点是合成效率高，路径损耗小；缺点是合成电路工作频带窄，Q值高，但合成器件不断的增多，受腔体模式限制，频率越来越高，腔体空间将减小，不连续边界产生越来越复杂的各种模式，合成器无法稳定的工作，合成的效率及最终输出功率也受到影响。