1/1V波段近距探測毫米波功率放大器設計功率放大器是毫米波頻段放射機不行缺少的關鍵部件，輸出功率的大小打算了整個系統的作用距離和抗干擾力量。在毫米波系統中，隨著頻率的上升，單個MMIC芯片的輸出功率已經不能滿意實際的使用要求，尤其是非大氣窗口頻段，由于該頻段電磁波的傳輸受氧分子和水蒸氣分子汲取而衰減嚴峻。一般應用于軍用保密工作及近距雷達探測、通訊系統中，相應的器件輸出功率也較小，因此，多采納功率合成的方法，將多個放大器單元組合在一起實現較大的功率輸出。

放大器工作在V波段，用于一種彈上近距探測系統，充分利用非大氣窗口波段的衰減特性實現保密和抗干擾。

1功率放大器的設計

1.1技術指標要求

根據系統的基本要求，放大器主要技術指標：工作帶寬2GHz;輸出功率≥200mW;增益20～25dBm;輸入輸出口WR15。

1.2功率器件的選取

為滿意技術指標的要求，選用工作頻帶較寬的三端FET功率放大器件。選取EudynaDevices公司的FMM5715X作為功率合成單元，FMM5715X是端口阻抗內匹配為50Ω的多管合勝利率單片。工作頻率為57～64GHz;工作溫度范圍：-45～+85℃，存儲溫度范圍-55～+125℃;最大允許輸入功率3dBm;可單電源工作，在直流偏置3V/150mA條件下，60GHz頻率處典型性能P1dB為16dBm，飽和功率17dBm，小信號增益17dB。特性參數如圖1所示。

1.3合成網絡設計

1.3.1合成網絡總體方案

在V波段，單管輸出功率遠遠達不到功率輸出需求，即使是采納多管合成的MMIC功率器件，單器件也滿意不了技術指標。于是，采納多器件的功率合成技術是完成本項目的必定選擇，目前比較成熟的功率合成技術是采納端口駐波較好的兩路電橋，由多級級聯實現多路合成。設計的放大器即采納基于波導低損耗傳輸線結構的兩路二進制多級功率合成技術，該合成網絡由兩部分組成，功率驅動級和功率放大合成級，每部分包括3級二進制網絡，由波導分支線電橋和波導-微帶過渡組成。合成網絡框圖如圖2所示。

8路功率安排時，每一級網絡損耗計為0.3dB，路徑損耗計為0.5dB;若要使得全部合成時功率器件飽和工作，FMM5715X輸入功率應2dBm，計入以上損耗后，折算到功率安排網絡輸入端的功率為12.4dBm，明顯，驅動級由單路FMM5715X足以滿意這—要求。

當合成網絡中全部功率器件均處于飽和工作狀態時，對單級損耗為0.3dB，3級功率合成，由損耗引起的合成效率為80%;若計合成支路間最大幅度和相位不平衡程度分別為3dB、30°，引起相應合成效率為90%;對8路功率合成，總的合成效率為

當器件飽和工作時，8路合成輸出為17+7.07=24.07dBm或255mW，滿意技術指標要求。電路各部分損耗為48dB，整個合成放大器小信號增益約為29.2dB。

1.3.2兩路功率安排/合成網絡

在毫米波固態集勝利率合成技術的討論中，有一種兩路波導微帶集勝利率安排/合成網絡，如圖3所示。該結構由兩路面對面微帶探針經波導E面插入，實現同相寬帶功率安排/合成，同時又完成波導與微帶間的過渡轉換。兩微帶線處于面對面位置，當集成固態功率器件時，可供應良好的散熱通道，保證器件牢靠工作和性能發揮。為獲得足夠的固態功率器件安裝空間，適當增加合成網絡部分波導尺寸，為滿意標準波導端口條件，依據工作帶寬要求，選擇適當的波導阻抗變換段。電磁場分析表明，在55～60GHz范圍內，該結構損耗2dB，與單個波導微帶過渡結構相當;由于結構對稱緣由，兩微帶端口具有良好的幅度和相位平衡特性。

1.3.3V波段3dB波導分支電橋

兩級以上的功率合成需要建立在波導電橋基礎上，電橋的低損耗、寬頻帶以及良好的端口駐波和支路隔離是穩定牢靠的功率合成技術前提。由于本項目要求的相對帶寬較窄，采納3個分支節就能達到指標要求。結構中，考慮到電橋加工可實現性，電橋波導截面尺寸適當增加，同時將波導分支節的耦合孔長度減小，寬度增加，使得全部加工尺寸1mm，減小機械加工難度，提高相應誤差容量，降低加工成本。這種結構上的改進，降低了合成網絡中分支電橋與波導-微帶三端口網絡的連接不連續性大小。

圖4為3dB波導分支電橋模型及電磁場分析結果。電磁場分析結果表明：該電橋在頻率55～60GHz范圍內幅度不平衡度0.5dB，兩輸出端口隔離度15dB，回波損耗-16dB;整個頻帶內，兩輸出口相差為恒定的90°。

圖5為以上兩種電橋級聯實現的毫米波波導結構的微帶集成兩級四路功率合成/安排網絡，該結構采納一個分支波導作為輸入，利用這個分支波導來實現功率的第一級二等分，然后在分支波導的兩邊關于中心對稱的位置上各開兩個槽，利用微帶探針將能量耦合出來。輸入能量的4等分即可實現，安排網絡同時可作為合成網絡使用。電磁場仿真結果表明：在要求的頻帶范圍內，四路輸出端口不平衡度0.5dB，輸入端口回波損耗-15dB;整個頻帶內，2與3端口(或4與5端口)具有抱負的同相位特性，2與4或5(或3與4或5)兩輸出口相差為恒定的90°。

2實物及測試

V波段功率放大器的實物如圖6所示。在試驗室對功放的性能進行測試，功率放大器的輸入為0dBm，實際的功率輸出如圖7所示，在工作頻帶內，輸出功率帶內波動0.5dB。

3結束語

對于彈上近距探測