W波段功率分配器及应用

　　3 W频段3dB电桥设计及其应用

　　如图2，设计目标为port1反射最小, port2与port3对称。选用Rogers公司RT Duroid5880基片,厚度0.127mm,介电常数相对较小(εr=2.2),对相同阻抗的传输线,金属导带更宽,传输线金属损耗越低;同时,在保持端口阻抗为50欧姆不变的前提下,尽量加宽金属导带的宽度,对本电路来说,主要是加宽与Wilkinson电桥70.7欧姆线相对应的那部分微带传输线的宽度。应用HFSS工具对整个3dB电桥进行电磁场仿真模拟,通过合理改变电路尺寸以消除不连续性对电路性能的影响,从而得到优化的结果。电路结构与仿真结果如图4。

　　再设计波导-微带过渡，采用E-面探针结构，电路结构与仿真结果如图5，利用此过渡可与此前的电桥可组成背靠背功率分配与合成网络。

　　图3 (a)电路结构

　　图3 (b)仿真结果

　　图4 (a)过渡的结构

　　图4 (b)过渡的仿真结果

　　在以上设计的基础上,我们可以设计两路功率放大合成电路。将设计的电桥与过渡应用于图1所示的网络，为使两放大支路上器件与微带线连接处等不连续性引起的反射回波在3dB电桥处反相抵消,以进一步提高整个网络端口驻波性能,放大芯片的安装位置相互错开90°。

　　由前述分析,单个3dB三口网络与的损耗约为0.2dB,再加上波导-微带转换的损耗约为0.1dB,合成时,电路损耗约为0.35dB(由于电路尺寸很小，可忽略传输线损耗)。当然,实际应用中还要按产品手册给出的芯片饱和输出功率来计算合成效率,还要考虑微带键合等电路加工、安装因素的影响;对毫米波功率合成电路来说,电路的加工工艺是引起合成效率降低的一个重要因素。同时,合成信号不平衡程度也会引起功率合成效率降低。可以预计,进一步提高加工工艺，选用同批次放大芯片以提高合成的两路信号的平衡度,采用此种电桥进行毫米波固态功率放大合成,可以达到很好的效果。

　　4 结论

　　毫米波集成电路技术实现功率合成,基本合成单元是两路电桥合成,关键技术是制作出低损耗3dB合成电桥。本文描述的W波段3dB电桥,由于工作频率很高，所以尺寸很小，对加工精度要求很高，但其相应功率合成网络具有低损耗、低成本等优点,具有一定实用价值，可以进一步加工实物进行验证。