Ka波段宽频带行波管放大器线性化研究

线性化器是毫米波通信系统中的关键器件,在改善放大器的线性指标及提高通信质量等方面起着至关重要的作用。现阶段国内行波管放大器（TWTA）线性化技术尚不完善,无法满足通信技术发展的应用需求,因此线性化技术的研究刻不容缓。本文提出了一种新的宽频带模拟预失真线性化器结构,用来改善Ka波段TWTA的非线性特性。仿真结果表明,在26～30 GHz频率范围内,输入功率为?20～10 dBm,线性化器的增益扩张≥5.08 dB,相位扩张≥64.81 °。将线性化器与TWTA进行级联测试,中心频率的增益压缩≤3.12 dB,相位压缩≤2.31 °,三阶互调（IMD3）显著提高。     

基于二极管Ka波段的新型可调预失真器

为了补偿不同类型功放的非线性特性,设计应用于Ka波段的可调预失真器,该电路基于三支线定向耦合器、肖特基二极管、微带线和负载电阻,产生预失真信号。通过调节肖特基二极管的偏置电压、微带线电长度及负载电阻可以提供不同的幅度和相位组合以满足不同类型的功率放大器线性化要求。仿真及实测结果表明,该预失真器在29~31GHz频段范围内,用于行波管(TWTAs)线性化时可提供约6.5dB的增益扩展和46°的相位扩张;用于固态功率放大器(SSPAs)线性化时可提供约11dB的增益扩展和35°的相位压缩。     

用于固态功放反射式宽带预失真器设计方法

提出了一种特定增益和相位补偿的反射式宽带线性化器设计方法,并通过此方法设计了一种补偿固态功率放大器失真特性的预失真电路。利用肖特基二极管产生非线性补偿,根据电路拓扑结构,利用matlab优化工具找到单频点处特定增益补偿和相位补偿特性的并联负载值,改变频点,并重复上述步骤,可进一步得到特定增益和相位补偿所需的并联负载随频率的变化关系（即Z_L～f曲线）。利用ADS仿真软件优化设计使二极管后端阻抗随频率的变化逼近Z_L-f曲线。仿真的电路增益补偿和相位补偿分别为6 dB和?40°。最终实测频率范围为9.4～11.4 GHz,增益扩张在3.9～4.4 dB,相位补偿在?32.3°～?41.5°,频带特性良好,并且相对带宽达到了19.2%。通过改变二极管直流偏置电压,还实现了补偿曲线的斜率可调。     

一种双路矢量合成式毫米波预失真线性化器

针对目前行波管放大器模拟预失真技术中存在的幅度和相位特性关联性强的问题,提出一种双路矢量合成式预失真器。该预失真器由90°电桥、模拟电调衰减器和反射式二极管预失真电路构成。根据理论分析和ADS软件仿真结果加工了实际电路并进行测试。实测结果表明:在工作频率29~31GHz和额定输入功率区间内,该电路可实现与行波管特性相反的预失真性能;合理调整两支路偏置电压,可实现相位扩张改变30°,而增益扩张变化量小于1dB的性能,有效减小了模拟预失真器幅度和相位特性的关联性。     

一种用于预失真线性化器的宽带匹配技术

由于放大链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异,预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配,即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。由于预失真器和放大器之间的非线性失配,放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发,讨论了预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响,当增益失配误差不大于1 dB时,在行波管放大器自身的三阶交调值不大于40 dB的非线性动态范围内,三阶交调下降幅度最大值为4.1 dB;通过采用级联增益补偿电路的方式,降低链路增益波动,实现预失真器和放大器的非线性匹配,真正拓展预失真线性化器的工作带宽。     

用于Ka波段行波管的反射式预失真线性化器

采用幂级数法分析得到了线性化器与行波管放大器相反的非线性特性,并建立了预失真放大器的幂级数模型。根据反并联二极管对电路能够产生奇次谐波的特点,利用反并联肖特基二极管对、正交混合电桥、二极管电路的匹配网络等结构,通过对各结构的分析优化,设计了用于Ka波段行波管的预失真线性化器。实验结果表明:该线性化器在29~31 GHz频段范围内能为行波管放大器的载波交调比带来最大19 dB的改善。     

Ka频段GaN功放的预失真线性化器设计

基于满足目前高效复杂的调制技术对功率放大器线性化度越来越高的需求的目的,采用模拟预失真技术设计了一种线性化器,用来改善Ka频段氮化镓(GaN)固态功放的非线性化失真。通过改进传统的并联式二极管预失真电路,采用开环技术,将两个肖特基二极管并联。改变二极管的偏置状态,得到不同的改善程度的预失真信号。结合使用专用电磁仿真软件ADS2013做电路仿真,通过参数扫描得到二极管偏置状态的初始值,为实物调试提供理论基础。通过对已加工的实物测试,结果表明：增益幅度补偿达到6.4dB,相位补偿达到28°。     

伸缩式全金属反射阵列扫描天线

提出了一种伸缩式全金属反射单元,在此基础上设计了一个可用于高功率微波领域的全金属反射阵列波束扫描天线。通过反射单元的上下独立滑动,阵列中每个阵元所接收电磁波的传输路径可改变,从而实现了相控波束扫描。由电磁仿真可知,设计的反射单元能够在10～13 GHz的频带范围内实现0～360°的线性相位调节,且可在15°～40°偏馈条件下相位调节时保持高功率容量。由该型单元组成的中心工作频率为10 GHz的伸缩式全金属反射阵列扫描天线具备90°锥角范围内的二维波束扫描能力,功率容量可达5 GW/m2。同时,在波束扫描过程中,天线增益变化小于3 dB,副瓣电平低于?13 dB,最大口径效率为54.59%。     

基于编码相位梯度超表面实现太赫兹雷达散射截面缩减

本文设计了一种编码相位梯度超表面,用于实现太赫兹频段的雷达散射截面（RCS）缩减。依据Pancharatnam-Berry(PB)几何相位原理在超表面单元中引入相位梯度,设计出1 bit编码的两个元素“0”和“1”,使得两者的反射相位差接近180°。通过遗传算法得到编码相位梯度超表面中编码元素的最佳排列,实现了太赫兹波宽带RCS缩减。对编码相位梯度超表面进行建模分析,结果表明,在0.87～1.725 THz的宽频段内,设计的1 bit编码相位梯度超表面能实现大于10 dB的RCS缩减,最大缩减值达到31.26 dB。此外,分析了x和y极化波的入射角度变化对编码相位梯度超表面性能的影响,在0°～30°范围内,其性能稳定。以上结果表明,该类超表面在雷达隐身等方面具有潜在的应用价值。     

Ka波段的反射型模拟电调移相器设计

为了能对射频信号进行连续相位调制,设计了Ka波段新型小型化的模拟电调移相器,该电路基于90°分支线电桥与并联结构变容二极管实现电路大范围移相,利用四分之一波长微带线实现电路匹配及阻抗变换,通过并联补偿电阻平衡其插入损耗波动,并对其进行了详细分析与探讨。仿真及实测结果表明:该移相器在29~31GHz频段范围内,可获得180°左右的相移量,插入损耗优于6.5dB,插入损耗波动在1dB内,相移误差小于10°。     

Ultrafast optical frequency comb synthesizer and analyzer

We propose an ultrafast optical arbitrary waveform synthesizing/analyzing technique demonstrated with 2 Tbit/s waveforms. An ultrafast waveform was generated by manipulating the amplitude and phase of a 400?GHz optical frequency comb using a newly developed colorless optical synthesizer. The 400?GHz optical frequency comb was generated from a 25?GHz optical frequency comb using a colorless arrayed waveguide grating. This waveform was then analyzed on the frequency axis using a custom heterodyne-detection technique based on the dual-heterodyne mixing method. The phase and amplitude spectra can be observed in parallel using another optical frequency comb as a reference combined with an arrayed waveguide grating. This optical system, named the ultrafast optical frequency comb synthesizer and analyzer, can synthesize and analyze an arbitrary waveform in the THz frequency region.     

覆盖X和Ku波段的低雷达散射截面人工磁导体反射屏

设计并制备了一种基于人工磁导体(artificial magnetic conductor, AMC)的覆盖X和Ku波段的宽带低雷达散射截面(radar cross section, RCS)反射屏. 将双频带耶路撒冷十字形AMC结构和宽带双金属方形AMC结构复合, 通过参数优化, 使耶路撒冷十字形结构的反射相位反转频点与方形结构的反射相位零值频点重合或者非常接近, 进一步扩宽有效相位差区域, 从而拓展RCS减缩带宽. 给出了反射能量峰值方位的一般理论计算公式, 当入射角度、棋盘单元尺寸和观察频率确定后, 可通过公式计算出反射峰的方位. HFSS软件仿真结果与理论计算结果符合较好, 验证了理论公式的正确性. 同时与等尺寸金属平板相比, 在7.4–17.0 GHz 频带内, 除9.8 GHz附近的少数频点外, 天线后向RCS均有-10 dB以上的减缩, 基本覆盖X波段和Ku波段, 相对带宽为78.7%, 在11.6 GHz时, 减缩量最大, 达到40.3 dB. 加工了反射屏实物并进行测试, 测试结果与仿真结果基本一致, 证实了反射屏具有宽带的低RCS特性.     

面向5G多波束应用的紧凑宽带Rotman透镜设计

提出了一种基于等光程差原理设计的紧凑宽带Rotman透镜波束赋形网络,用于5G毫米波通信的天线阵列多波束实现。首先,详细介绍了Rotman透镜的基本原理;然后,利用二等分功分器替代传统的单端口馈电模式,产生高定向波束,降低相邻端口处的能量损失以及透镜内部能量的散射;最后利用切比雪夫多枝节匹配变换器,优化原有的锥形阵列输出端口,在保证宽频带的条件下,缩短原有匹配端口尺寸,使得透镜整体尺寸减少20%,实现了Rotman透镜的紧凑性。改进模型的实测结果表明,该透镜工作频带为16.5～33.8 GHz,其中在17.2～32 GHz,S₁₁优于15 dB,扫描角度为±30°。该透镜结构简单紧凑,能够有效地为相邻阵元提供稳定的相位差信号,很好地实现5G毫米波阵列多波束的目标。     

一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线

设计了一种工作于X波段的基于共享孔径Fabry-Perot(F-P)谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线,并设计了三种不同尺寸的双层频率选择表面(FSS)单元,通过共享孔径布阵组成了超材料覆层.利用三种FSS单元的相位补偿特性,有效拓展了覆层天线的增益带宽.实测和仿真结果均表明,加载超材料覆层后,磁电偶极子天线在7.8—12.3 GHz内S_(11)-10 d B,相对带宽达到44.7%,覆盖整个X波段.天线增益在7.9—12.1 GHz内均有明显的提高,最大提高了7 d B.相较于传统的F-P谐振腔结构覆层天线,设计的基于共享孔径的F-P谐振型超材料覆层天线能够明显拓展天线增益带宽,在新型宽带高增益天线设计方面具有广阔的应用前景.     

Bandwidth scaling and spectral flatness enhancement of optical frequency combs from phase-modulated continuous-wave lasers using cascaded four-wave mixing

We introduce a new cascaded four-wave mixing technique that scales up the bandwidth of frequency combs generated by phase modulation of a continuous-wave (CW) laser while simultaneously enhancing the spectral flatness. As a result, we demonstrate a 10?GHz frequency comb with over 100?lines in a 10?dB bandwidth in which a record 75?lines are within a flatness of 1?dB. The cascaded four-wave mixing process increases the bandwidth of the initial comb generated by the modulation of a CW laser by a factor of five. The broadband comb has approximately quadratic spectral phase, which is compensated upon propagation in single-mode fiber, resulting in a 10?GHz train of 940?fs pulses.