[发明专利]一种W波段高功率集成化合成倍频源

说明书

技术领域

本发明涉及一种W波段高功率集成合成倍频源，能够用于各种毫米波亚毫米波电子及测量系统中，属于微波毫米波技术领域。

背景技术

W波段是指频率范围覆盖75-110GHz的电磁频段，该频段蕴含丰富的频谱资源，广泛应用于雷达成像、电子对抗、通信、环境监测、气象预报等众多领域。W波段频谱资源的开发利用，最关键的技术之一就是固态信号源。目前，W固态信号源的实现主要有两种方式，一种是固态振荡源，另一种是固态倍频源。相比于振荡源，倍频源在可靠性、调谐带宽、相位噪声等方面更具优势，因此，在实际应用中使用更为广泛。随着应用需求对小型轻量要求不断提高，提出并实现高输出功率的小型集成固态倍频源成为必然趋势，实现高输出功率的同时做到小型集成高可靠，可以广泛用于各种毫米波应用系统中。

在固态倍频源的所有技术参数中，调谐带宽及输出功率是最主要的两大指标，也是实现的难点所在。W波段因为频率较高、电尺寸小，对电路设计及器件微组装都具有较高的要求。当频率较低时，微波信号源已经是十分成熟的技术，基于商用MMIC芯片可以很容易地获得足够的功率和带宽，因此采用倍频链方式实现毫米波倍频源是一种常用的方法。当采用倍频链方式实现W频段倍频源时，固态器件(如倍频二极管)的功率容量限制了倍频源的功率输出，而采用基于功率合成倍频的方式实现W波段集成化固态倍频源设计，可以在不改变器件和倍频效率的条件下，使得功率容量倍增，是实现毫米波倍频源的一种有效的手段。同时为了实现小型集成，国内外均针对集成化功率合成倍频源开展了较多的研究。

采用功率合成倍频方式实现W波段集成化倍频源时，主要会存在两个问题：输出信号覆盖整个75-110GHz波段，两路合成通道上宽带电路的匹配特性以及器件参数特性在整个频段内很难保持一致，在一些频点上的不平衡偏差会影响末级功率合成时的合成效率，从而影响功率输出。同时，为了实现小型紧凑而采用单腔体全集成方式时，腔体内部的电磁信号串扰、高次波导模及腔体谐振会影响倍频源的整体输出功率性能，使得功率平坦度特性较差。目前已有的W波段固态源，大多采用独立封装、独立模块组合的形式，也就是将子系统中的每一个器件或功能组件都独立封装于各自的腔体中，然后将所有的腔体进行级联。这种结构形式可以降低研制风险，但存在成本高、尺寸较大，使用不便的缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种W波段高功率集成化合成倍频源。采用具有机械调节和电磁EBG隔离的功率合成倍频源结构，所有功能电路封装在一整块腔体中，实现了W全波段范围内的稳定平坦高功率输出，同时实现了小型集成、可靠稳定。

本发明的技术解决方案是：一种W波段高功率集成化合成倍频源，包括输入同轴连接器(1)、Ka波段有源二倍频器(2)、隔离电阻(3)、EBG隔离膜片(4、6、18、20)、Ka波段巴伦(5、19)、第一Ka波段功率放大器(7)，第二Ka波段功率放大器(17)、第一金丝键合线(8)，第二金丝键合线(16)、第一W波段无源三倍频器(9)、第二W波段无源三倍频器(15)、第一W波段功率放大器(10)，第二W波段功率放大器(14)、W波段功率合成器(12)、第一W波段功率合成器机械调节机构(11)，第二W波段功率合成器机械调节机构(13)；

Ka波段有源二倍频器(2)、隔离电阻(3)、EBG隔离膜片(4、6、18、20)、Ka波段巴伦(5、19)、第一Ka波段功率放大器(7)，第二Ka波段功率放大器(17)、第一金丝键合线(8)，第二金丝键合线(16)、第一W波段无源三倍频器(9)、第二W波段无源三倍频器(15)、第一W波段功率放大器(10)，第二W波段功率放大器(14)位于一个中空腔体内；中空腔体设有一个入口和两个出口，中空腔体的入口位于Ka波段有源二倍频器(2)处，中空腔体的出口位于第一W波段无源三倍频器(9)和第二W波段无源三倍频器(15)的输出处；

隔离电阻(3)的两端连接在Ka波段巴伦(5、19)的两个输出通道之间；

第一W波段功率放大器(10)和第二W波段功率放大器(14)的输出通过微带探针输入至W波段功率合成器(12)；

EBG隔离膜片(4，6，18，20)位于Ka波段宽带巴伦(5，19)所在腔体的入口和出口处；

第一W波段功率合成器机械调节机构(11)和第二W波段功率合成器机械调节机构(13)位于W波段功率合成器(12)中；