波导空间功率合成器的仿真设计(2)
近些年，随着军用、民用通信系统发展的越来越快，对于高频率、大功率、微型化的固态微波器件的需求越来越强。高频率器件意着能够实现更大的带宽和更多的信息容量；大功率器件代表拥有着更大的作用范围、更加稳定的通信质量、更加强大的抗干扰；微型化有利于波器件在便携设备和卫星通讯中的应用。微波毫米波固态器件所具有的优点，如低功耗、高可靠性、紧密的电路结构和小尺寸等，使毫米波固态器件备受人们重视，应用也越发的广泛，人们对毫米波固态器件的研究也越发深入[3]。但是，由于单个器件输出的功率受到来自各种客观条件诸如加工工艺、散热系统等条件的限制，系统应用的各种各样的要求，越发的难以实现，所以，功率合成技术，将产生于数个固态器件的功率，通过功率合成技术合成起来，形成更大的功率，满足系统的需求，这样的功率合成技术成了解决问题的最佳途径。
1.2 微波毫米波功率合成技术的发展现状
微波毫米波功率合成技术在刚过去的数十年中，以一种惊人的速度飞快的向前不断跃进，越来越多的不同的功率合成/分配电路被广大学者提出来，并经过不断的改良优化，投入实际应用当中。在这这段飞速发展的期间，微波毫米波功率合成技术被学者们总结为四个类别：管芯级功率合成、电路级功率合成、空间功率合成和复合式功率合成。如图所示：
1.2.1 芯片（管芯）级功率合成
管芯级功率合成是把两个或多个有源器件的管芯聚集在长度比波长小的散热基底上,以串联以及串并联的方式链合起来,然后加上输入、输出匹配电路,就可以获得较大的输出功率。管芯级功率合成的概念首先是由Josenhans于1968年提出I6],他将三个n吐R钉T二极管管芯安装在一块金刚石上,使它们在电性能上串联,在热传输路径上并联,这种连接方式提高了输入阻抗,降低了热阻,在13GHz输出4.5W,从而最早实现管芯级功率合成。
相比于其他功率合成方案，器件级功率合成方法具有电路稳定性好、工作频带宽、合成效率高、体积小等优点；不过也存在着很多不足之处：
（1） 随着合成管芯并联数的增多，将导致输入/输出匹配难度增加；
（2） 基片面积于加工工艺限制了合成路数的过多增加，从而使单个芯片的输出功率受限；
（3） 随着频率升高，各管芯之间的距离相对于工作波长而言已不能忽略了，信号到达每个管芯时不再具有相同的相位，致使其合成效率较低；
（4） 在毫米波频段，各管芯间距离很小，工作时热相互作用不可避免，使得每个管芯实际散热面积很小，限制其功率容量的增加。因此，通过芯片（管芯）级功率合成技术来提高固态器件输出功率的能力是有限的。
1.2.2 电路级功率合成
电路功率合成是通过传输线模式的电磁波叠加而实现多路信号功率相加的。电路功率合成技术是最早发展起来的，至今仍然被广泛应用。电路功率合成技术分为谐振型和非谐振型，谐振型功率合成的优点包括：路径损耗小、合成效率高、适用于更宽的频率范围；缺点也很明显，工作频带窄、器件数目受限、调谐困难，而且在谐振点电场强度大，空间应用时要注意合成结构的微放电问题。
谐振结构有腔体和平面两种形式，其中前者更适用于大功率的情况，因而受到更多的关注。谐振腔体的形式主要有矩形波导腔和圆柱腔两种，矩形波导腔机械加工特性好，对有源器件数目限制也略为宽松，尤其是在毫米波频段这些优势更加明显。在合成电路数较少的情况下，圆柱腔谐振型合成器仍然得以应用，喷气动力实验室（L）针对木星探测任务中1kW输出功率的需求，就提出了用圆柱腔合成器合成五路行波管放大器的方案。
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