一種V波段近距探測毫米波功率放大器設計

摘要 介紹了一種用于彈上近距探測系統(tǒng)，工作在非大氣窗口波段的功率放大器，該功放基于MMIC實現(xiàn)電路設計，采用端口駐波較好的兩路電橋，由多級級聯(lián)實現(xiàn)功率合成，波導到微帶采用兩路微帶探針經(jīng)波導E面插入，完成波導立體傳輸線與微帶集成傳輸線間的過渡轉(zhuǎn)換，同時又實現(xiàn)同相寬帶功率分配／合成。實際的測試表明，在工作帶寬內(nèi)，指標滿足設計要求，實現(xiàn)了相對較大的功率輸出，為該波段的工程應用提供了技術(shù)保證。
關(guān)鍵詞 V波段；功率放大器；功率分配／合成；波導-微帶過渡；近距探測

功率放大器是毫米波頻段發(fā)射機不可缺少的關(guān)鍵部件，輸出功率的大小決定了整個系統(tǒng)的作用距離和抗干擾能力。在毫米波系統(tǒng)中，隨著頻率的升高，單個MMIC芯片的輸出功率已經(jīng)不能滿足實際的使用要求，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吸收而衰減嚴重。一般應用于軍用保密工作及近距雷達探測、通訊系統(tǒng)中，相應的器件輸出功率也較小，因此，多采用功率合成的方法，將多個放大器單元組合在一起實現(xiàn)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(tǒng)，充分利用非大氣窗口波段的衰減特性實現(xiàn)保密和抗干擾。

1 功率放大器的設計
1．1 技術(shù)指標要求
按照系統(tǒng)的基本要求，放大器主要技術(shù)指標：工作帶寬2 GHz；輸出功率≥200 mW；增益20～25 dBm；輸入輸出口WR15。
1．2 功率器件的選取
為滿足技術(shù)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Eudyna Devices公司的FMM5715X作為功率合成單元，F(xiàn)MM5715X是端口阻抗內(nèi)匹配為50 Ω的多管合成功率單片。工作頻率為57～64 GHz；工作溫度范圍：-45～+85℃，存儲溫度范圍-55～+125℃；最大允許輸入功率3 dBm；可單電源工作，在直流偏置3 V／150 mA條件下，60 GHz頻率處典型性能P1 dB為16 dBm，飽和功率17 dBm，小信號增益17 dB。特性參數(shù)如圖1所示。

1．3 合成網(wǎng)絡設計
1．3．1 合成網(wǎng)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，即使是采用多管合成的MMIC功率器件，單器件也滿足不了技術(shù)指標。于是，采用多器件的功率合成技術(shù)是完成本項目的必然選擇，目前比較成熟的功率合成技術(shù)是采用端口駐波較好的兩路電橋，由多級級聯(lián)實現(xiàn)多路合成。設計的放大器即采用基于波導低損耗傳輸線結(jié)構(gòu)的兩路二進制多級功率合成技術(shù)，該合成網(wǎng)絡由兩部分組成，功率驅(qū)動級和功率放大合成級，每部分包括3級二進制網(wǎng)絡，由波導分支線電橋和波導-微帶過渡組成。合成網(wǎng)絡框圖如圖2所示。

8路功率分配時，每一級網(wǎng)絡損耗計為0．3 dB，路徑損耗計為0．5 dB；若要使得所有合成時功率器件飽和工作，F(xiàn)MM5715X輸入功率應>2 dBm，計入以上損耗后，折算到功率分配網(wǎng)絡輸入端的功率為12．4 dBm，顯然，驅(qū)動級由單路FMM5715X足以滿足這—要求。