国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
高功率微波（HPM）产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用，同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法，提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器（RKO）产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中，对电子束进行预调制，从而实现锁频锁相。另外，为实现内外高功率微波通道合成，设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点，功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差，使得功率合成效率提高，合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV，磁场强度0.6 T条件下，内外RKO 的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW，频率差波动小于20 MHz，相位差稳定在10°附近；加载双通道功率合成器，仿真结果表明，微波输出功率为5.31 GW，功率效率32.2%。结果表明，嵌套器件在互锁状态时，振荡器饱和时间缩短，输出功率增大。
高功率微波 锁频锁相 嵌套结构 相对论速调管振荡器 功率合成 high power microwave locked frequency and phase nested structure relativistic klystron oscillator power combination 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033005
随着下一代通信和装备向着更大带宽和更高精确度的方向发展, 毫米波太赫兹频段成为微波技术研究的重点方向。发射功率是太赫兹系统中的关键指标, 功率的大小直接决定了系统的作用距离。近些年来, 毫米波太赫兹频段的固态功率器件取得了显著进步, 推动了国内外太赫兹固态功率放大器的工程实现。本文介绍了国际上毫米波太赫兹频段功率合成技术和固态功放的研究现状, 以及我国特别是南京电子器件研究所在 W波段与 G波段基于径向功率合成技术、矩形波导合成技术以及硅基波导合成技术的固态功放模组的最新研究进展。
W波段 G波段 毫米波 太赫兹 功率合成 固态功放 W-band G-band millimeter-wave terahertz power combining solid state power amplifier 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(11): 1285
魏师铎 1,2,3缑永胜 1,2,3,*杨阳 1,2,3冯鹏辉 1,2,3[ ... ]杨懿豪 1,2,3
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
针对行波选通分幅相机超宽画幅驱动需求，基于宽带多节威尔金森脉冲功率合成方法，设计了一款高压驱动脉冲源。基于有限元分析方法，采用仿真软件对脉冲功率合成电路进行了仿真，系统分析了端口驻波比、插入损耗、端口隔离度、幅相一致性等参数。根据仿真分析完成了脉冲功率合成电路研制，验证系统最终能够利用8路峰值电压为1.3 kV左右、脉冲宽度为3.5 ns左右、脉冲前沿在600 ps左右的单路脉冲合成峰值电压超过3.2 kV的高压脉冲，脉冲宽度在3 ns以内，脉冲前沿在600 ps以内。脉冲频谱范围在300 MHz到3 GHz范围内的两路合成效率为83.5%，特定频率下为88%，八路脉冲合成效率为58%，特定频率下可以达到68%。通过该电路合成的高压脉冲可用于驱动宽20 mm、长95 mm、等效阻抗6 Ω左右的微通道板实现选通成像，验证了基于宽带多节威尔金森电路实现脉冲功率合成，提高分幅相机驱动脉冲功率的可行性。目前基于该技术的高压驱动脉冲源已应用于I-MCP1.0型分幅相机。
分幅相机 超宽带脉冲 脉冲耦合 威尔金森功分器 超宽画幅 功率合成 微通道板 Framing camera Ultra-wideband pulse Pulse coupling Wilkinson power divider Super wide frame Power synthesis Microchannel plate 强激光与粒子束
2023, 35(5): 053003
福州大学 福建省集成电路设计中心, 福州 350108
提出了一种采用0.13 μm SiGe工艺制作的77 GHz功率放大器。该放大器采用两路合成结构提高输出功率,采用两级差分放大结构提高增益。功率级选择Cascode结构,提升功率级输出阻抗,便于匹配。驱动级选择共射极加中和电容的结构,便于提升增益。在输入端,通过两路耦合线巴伦结构进行功率分配,得到两对差分信号,经过两路放大之后再通过两路耦合线巴伦结构进行功率合成,最后输出信号,级间匹配采用变压器匹配。该功率放大器采用ADS软件仿真。结果表明,在77 GHz的工作频点处,小信号增益为19.6 dB,峰值功率附加效率为11%,饱和输出功率为18.5 dBm。
耦合线 功率合成 功率放大器 coupled-line power-combiner SiGe SiGe power amplifier
在多路注入锁频大功率连续波磁控管的相干功率合成实验中, 输出特性分析有利于提升合成效率。搭建了一款 S波段 20 kW连续波磁控管注入实验系统, 该系统包含幅频可调的微波源和移相器, 由磁控管信号发生系统、注入锁定系统以及相位差检测系统 3个小系统组成。利用外部注入信号, 分别对磁控管输出信号的相位稳定度、频谱和相位噪声进行实验分析, 实现了对实际磁控管在外部注入前后的特性分析。其中, 相位差波动最小不足 4°, 最大 17°, 锁频带宽在 2.9~13 MHz之间变化, 在偏移频率 1 MHz内对相位噪声抑制超过 40 dB; 并对注入锁频信号与输出信号之间的关系进行了总结, 为多路大功率磁控管的功率合成提供理论依据。
注入锁频 相干功率合成 连续波磁控管 相位差 锁频带宽 相位噪声 injection-locking coherent power combing continuous wave magnetron phasedifference locking frequency band phase noise 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 688
1 中国工程物理研究院 微系统与太赫兹研究中心，四川 成都 610200
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621900
3 电子科技大学 电子科学与工程学院，四川 成都 611731
研究了基于肖特基二极管的单路和功率合成式110 GHz大功率平衡式二倍频器。单路倍频器电路具有33%的峰值测试效率，且其工作带宽超过13.6%。另外，采用了不同的双路合成结构来实现两种不同的合成式110 GHz倍频器。该功率合成式倍频器在两只127 μm 厚的 ALN 基片上焊接了四个分立的肖特基二极管。在800 mW的驱动功率下，两种合成式倍频器都测得了大于200 mW的输出功率，证明了利用该合成式倍频结构可实现更高输出功率。
110 GHz 平衡式二倍频 肖特基 功率合成 110GHz balanced doubler Schottky power-combined
1 国防科技大学 a.前沿交叉学科学院，湖南长沙 410073
2 b.脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽合肥 230037
磁开关因其优异的特性而被广泛用于固态脉冲功率调制器中，基于磁开关的多脉冲发生器的同步运行对产生更高功率的脉冲具有重要意义。与其他高功率开关相比，磁开关存在一种基于磁耦合机制的被动同步技术。通过耦合线圈相连的磁开关能够被动地减少磁开关之间的抖动，使多个磁开关趋于同步运行。设计了一个两路磁开关同步运行实验，实验结果显示差异为2.2 μs和 0.3 μs的 2个脉冲在引入磁耦合之后差异分别降至 0.6 μs和 0.1 μs，表明该磁耦合技术能成倍减少两台装置的输出抖动。此外，还针对磁开关同步运行过程及磁耦合机制进行了合理分析，并开展了基于 PSpice的磁开关同步电路仿真研究，提出了一种改进型回转器 -电容等效电路模型，该电路模型能有效地重现实验结果，为更深入理解磁开关同步运行技术及分析磁耦合机制奠定了基础。
功率合成 磁开关同步 磁耦合 回转器 -电容模型 power combination synchronization of magnetic switches magnetic coupling gyrator -capacitor model 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(1): 170
西安空间无线电技术研究所, 陕西西安 710100
太赫兹源辐射功率较低已成为制约太赫兹科学技术发展的主要瓶颈问题。为有效提高太赫兹源辐射功率, 提出了基于多双漂移雪崩管的分立腔体倍频方法, 在此基础上设计和实现波导结构的太赫兹功率合成器。在倍频器的输入端对各独立激励源的中频信号进行移相, 完成倍频输出的精确相位控制, 从而实现各单元输出的太赫兹信号同相位合成, 提高功率合成效率, 避免使用太赫兹频段移相器等部组件的问题, 降低实现复杂度, 易于实现。仿真和实测结果表明, 4路激励源太赫兹功率合成器的合成效率约 79%~89%。
太赫兹 功率合成 雪崩二极管 Terahertz power combining avalanche diode frequency multiplication 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(4): 556
从分布式阵列交汇区域相干信号功率合成原理出发, 建立分布式阵列相干信号合成数学模型。在此基础上对双线型垂直交叉阵列功率资源优化问题进行数学建模。基于此模型, 考虑到达交汇区域信号是否有相位误差两种情况, 分别进行计算机仿真, 利用SQP算法与遗传算法寻求功率分配最优解, 得到最优功率分配方案, 达到改善信号合成效果的目的, 并为系统的分布式阵列相干信号合成功率资源优化提供解决途径和理论依据。
电子干扰 分布式阵列 空间功率合成 相干信号 功率资源优化 electronic jamming distributed array space power synthesis coherent signal power resource optimization
