微波多路功率合成器的设计与仿真(3)
1.1.1 芯片合成技术
芯片合成(chip-level)又称为器件合成(device-level )，芯片合成技术就是在同一个半导体基片上，将多个独立的功率管管芯并联，实现其功率叠加，组合出高输出功率。
1968年Josenhans最先提出芯片级功率合成的概念,他将3个IMPATT二极管芯安装在同一块金刚石基体上，使其电性能串连，热传输路径并联，从而提高了输入阻抗，降低了热阻，实测13GHz输出达到4.5W。随后，上世纪七十年代末期，Rucker先在X波段实现了多芯片功率合成，再将其扩展到40GHz。
芯片级功率合成是其他合成技术的基础，只有单个功率芯片输出功率容量大，才能通过其他合成方法组合出更高的输出功率。
芯片之间的连接方法有三种:串联，并联，串并联。芯片合成器的缺点主要是输出功率较低。其优点是结构紧凑，不像其它合成方法那样需要精密而复杂的机械加工和装配技术。
芯片功率合成存在如下限制：
(1)在同一个基片上将多个管芯直接并联，当合成单元数增多时，势必引起其输入/输出阻抗过低，导致阻抗匹配困难。
(2)基片绝大部分面积用于实现无源匹配和合成传输线，传输损耗相对较高，合成效率受到影响。
(3)随着频率升高，各管芯之间距离相对于工作波长而言已不可忽略，随合成管芯数目增大，信号到达每个管芯时，将具有不完全相同的电磁场特性，使合成效率降低。
(4)功率器件的散热及热稳定性一直是首要考虑之问题，当各管芯间距离很小，管芯间相互热作用不可避免的使每个管芯实际散热面积减小，合成管芯数目过多时，整体器件散热困难。芯片级功率合成是其他合成技术的基础，只有单个功率芯片输出功率容量大，才能通过其他合成方法组合出更高的输出功率。
1.1.2 空间功率合成技术
由于谐振型电路合成技术和非谐振型电路合成技术本身存在的众多缺陷，比如随着合成单元数增加，非谐振型电路合成技术合成效率普遍降低，同时随着工作频率增高时，其性能恶化更加严重；由于谐振腔尺寸限制就造成了谐振型功率合成技术合成单元器件不能太多。为了弥补上面两种电路合成技术的缺陷，以得到多路高效率微波功率合成，空间功率合成技术随之发展起来。
空间功率合成的基本思想是采用可以与有源器件直接耦合的大直径波束或波导模式，来实现多单元器件功率的直接合成。由于所有单元器件并行工作，系统损耗只与传输模式与有源器件的耦合性能有关，而与单元器件个数无关，这就避免了上述电路合成效率随着单元个数增加而下降的问题。
空间功率合成技术主要分为两类：(1)由 W.Lothar等人提出来的准光功率合成；(2)由 K.Chang和T.Itoh等人提出的自由空间波功率合成。其中，准光功率合成是通过在合成区域中加入透镜和偏振器，来控制合成区域中的电磁场,从而达到功率有效合成的目的；波导内功率合成则是通过在波导中插入有源放大阵列,来控制电磁场及波导内场的模式，来达到功率有效合成的目的；自由空间功率合成是通过引入过模波导，这样就增大了波导横截面,从而可以实现更多放大单元的功率合成。
作为一类新型谐振系统，准光谐振腔功率合成器是在场极化性质和满足边界条件等方面，它与波导谐振腔具有相似之处，而在衍射和附加相移等方面，它又类似于光学谐振腔。由于准光腔谐振频率只与准光腔的腔距有关，与腔面尺寸几乎无关的特性，在满足准光稳定条件下，可以将准光腔的腔面设计成足够大，以便实现多器件功率合成。
2000年Jinho Jeong等人采用鳍线－微带转换结构，波导内功率合成，在24GHz 输出功率达到32.2dmB，合成效率达到83%。2007年Jerome等人提出一种波导，同轴功分器，通过在标准波导宽边加入同轴探针来达到功率分配的目的，同时波导短路面可以调节阻抗匹配。
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