4 毫米波波导功率合成器的设计 19

4.1 设计指标 19

4.1.1 S参数的含义 19

4.2 功率合成器的设计 21

4.3 软件设计与仿真 22

4.3.1 HFSS软件介绍 22

4.3.2 原理图设计 22

4.3.3 原理图仿真 23

4.4 本章小结 26

结  论 27

致  谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1 毫米波概念特点及其应用

毫米波是波长为1—10毫米的电磁波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。

与低频电磁波相比，毫米波具有如下特点[1][2]。

（1） 毫米波频带宽。微波频段从300MHz覆盖到300GHz，是整个超短波频段的1000倍，可以满足大容量通信，高速数据传输等业务的需求。

（2） 毫米波波长短。设备或系统的大小与波长有密切关系，波长越短越有利于实现设备或系统的小型化和轻量化。

（3） 毫米波能穿透地球电离层。地球电离层对低频电磁波有吸收和折射作用，但对毫米波的作用可以忽略不计。

（4） 毫米波要采用特有的研究方法。毫米波技术采用麦克斯韦电磁场理论或微波网络理论进行研究，相对独立。

此外，毫米波在与物质的相互作用，测试测量等方面也有鲜明的特点。基于这些特点，毫米波可以应用于雷达与导航，通信，探测以及电子对抗等方面。

1.2 功率合成技术概述源[自[优尔^`论`文]网·www.youerw.com/

1.2.1 功率合成技术发展

以功率发大器为基础，为追求微波毫米波频段更高的输出功率而发展了功率合成技术。

   （1）功率合成技术的发展是不断满足系统要求的更高输出功率的需求。以深空通信为例说明，2006年，美国国家航空航天局的“火星勘测轨道器”实施了火星探测任务，其对地通信链路工作在32GHz，数据传输速率为526kb/s，要求放大器输出功率达到35W，MRO的发射机采用了一支行波管功率放大器[3]；NASA规划的木星探测任务采用相同的通信频率，数据传输速率达到10Mb/s，同时通信距离增大了一个数量级，要求输出功率达到1kW左右，可行的方法是采用行波管放大器进行功率合成[4]。

   （2）功率合成技术的发展是不断满足系统要求的更优综合性能的需求。行波管放大器的输出功率远远高于固态放大器，在功率方面固然可以满足更多系统的需求，但固态放大器在重量，体积，成本，可靠性等方面的优势有时使其表现出更优越的综合性能。

    (3)功率合成技术的发展还是不断推动技术与工艺进步的需求。功率合成技术的关键问题之一是提高合成效率，相关技术进步在相当程度上体现在合成效率的提高，因而所有的研究都关注这一问题。

1.2.2 功率合成的技术途径