0 引 言

单个固态功率器件输出功率随着频率增加而降低，无法满足一些大功率微波系统要求，故必须采用功率合成技术。由于工作频率越高，单位功率成本就越高，因此，配套的功率合成电路合成效率越高越好。波导形式的功率合成技术[1-5]与传统平面传输线形式[6-7]的功率合成技术相比，最大的优点是损耗小，合成效率高，功率容量大，因而被广泛应用于功率合成放大器中。目前常见的波导形式功率合成器各有不足之处。如基于波导H面T型结和波导E面T型结功率合成器的支路间隔离度较低，只有6 dB左右[3-5]；波导分支线形式的功率合成器的支路间隔离度较高，但是插入损耗较高且体积较大[4-5]。为此，本文提出了一种鳍线空间功率合成技术，不仅可以将支路间的隔离度提高到11 dB以上，而且具有紧凑的物理结构，在一个波导腔内就可以实现8路功率合成。

1 合成系统设计原理

由鳍线理论可知，鳍线阻抗随着槽宽的减小而逐渐减小[2-3]。因此，为了将波导的阻抗变换到微波单片放大器(MMIC)的50 Ω微带线上，需要鳍线的槽宽按一定规律由宽逐渐变窄，以获得最小的反射损耗。渐变鳍线的阻抗变换原理如图1所示[8]。

在平时的教学中，我们要培养勤于思考的良好习惯，对人对事都要有自己的见解。譬如，在指导学生写一篇关于“门”的话题作文时，我们可引导他们进行思维发散。可写有形的门，如家门、校门、城门等；也可写无形的门，如科学之门、心灵之门等；可写门内的世界，也可写门外的世界；可写开门的意义，也可写关门的意义；可从身边的小事引发对“门”的感受与收获，可以由“门”联系历史事实去发表看法，也可以由“门”的自然属性阐发哲理。我们还可以引导学生大胆指点教材，激扬文字，增加自信。教师不妨开几节欣赏课，采用逆向教学，让学生开怀评点教材中的不足之处，或主题，或构思，或语言，或逻辑，每人讲那么一两点，并敢于对名家名篇“开刀”。

  

图1 渐变鳍线阻抗变换原理

渐变曲线形式不同，获得的反射效果也是不同的。另外，因目前工艺条件限制，单面鳍线槽宽最窄只能做到0.05 mm(其对应的典型阻抗约为100 Ω)，所以本文不采用单面鳍线，而是采用余弦平方函数的对极渐变鳍线，这样就可以实现无限窄的槽宽。

渐变鳍线余弦平方函数的阻抗变化关系如下[8]：

 

(1)

根据以上仿真优化得到的最终结构尺寸，制备了背对背的无源合成系统实物，如图11所示。这样不仅容易测得总体传输性能，而且只需将带线中间割出一块MMIC区域即可，便于后期有源器件的装配。整个系统的实物尺寸76 mm×40 mm×42 mm。图11(a)为上下两层电路基板的版图照片，可以看出，其实物电路图案和仿真时的电路图案有所不同。这是因为同层电路板上有4根微带线，受波导尺寸限制有些拥挤，不利于后期有源MMIC芯片的装配，在制备时，根据芯片装配要求的实际尺寸，已经对4根微带线的间距做了调整。为了保证不引入相位差而影响合成效率，必须保证4路带线的长度相等。

根据以上思想，本文提出了鳍线空间功率合成放大器的设计方案。合成放大器装配原理如图2所示。图2(a)为渐变鳍线和微带线一体PCB基板背面的金属层图案；图2(b)为PCB基板正面金属层图案。将PCB线路板烧制到各自的热沉之上，再将装配好的2块热沉结构按图2(d)面对面组装在一起，就构成了合成放大器的整体模块。由于上下热沉为有源MMIC提供有效的散热路径，这种合成器具有较好的散热性能，但超过2层后，中间线路板上的MMICs芯片没有有效的散热途径，容易烧毁。

微纳测头刚度是微纳米测量系统的关键属性，它影响着测头的接触力、稳定性、工艺性、测量精度和动态响应等特性[4]。对于接触式微纳测头，其刚度特性直接影响测头的稳定性、灵敏度、测量精度、动态响应等性能指标，进而影响测头的整体性能。

  

图2 鳍线空间功率合成放大器装配原理

(1)仿真时做了理想假设(波导壁和构成微带线版图的金属层均认为是理想金属)；

  

图3 鳍线空间功率合成放大器工作原理

2 建模与仿真

采用上述余弦平方渐变形式的对极鳍线，实现BJ120型矩形波导阻抗向50 Ω微带线阻抗转换。结构中所采用的电路板材为Rogers duroid 5880，基板厚0.254 mm，其相对介电常数为2.2。在CST2013微波电磁场仿真软件下，所创建的8路鳍线空间功率合成器/功分器的电磁场仿真模型及电场矢量分布图如图4所示。各支路端口处的电场强度分布如图5所示。图4和图5模型上的电场分布是频率为12 GHz初始相位0°时的激励信号激发的情况。从图4可以看出，电场从波导到鳍线再到微带线的模式变化过程。从图5可以看出，各支路端口的输出能量是相等的，故此结构可以用来做功率分配器或合成器的。

(3)实际带线作了弯折处理，比仿真时要长；

据调查，截至2015年，河南省外出务工人数达1 220万，有82.7万名农村留守儿童。由于缺少父母的关心和引导，留守儿童在为人处世、与人交流及学习等方面都受到了影响。近年来，南阳市各区县不断采取相应措施，加快农村剩余劳动力向城市转移。截至目前，南阳市离家务工者高达240万人，造成了严重的留守儿童问题，所以选择此地作为考查地点具有一定的可行性。

  

图4 电磁模型及电场矢量分布

  

图5 各支路端口电场强度分布

各支路间的隔离度情况如图8所示。最小隔离度发生在同层托架上距离最近的相邻端口之间，约为11 dB，距离越远相对隔离度也就越高，最大可达19 dB，优于波导T型结功率合成技术的6 dB，说明降低了端口反串到其他端口的能量，减少了对其他支路的影响，提高了系统的整体稳定性。

无源合成系统的测试结果如图12所示。同图10所示的仿真结果相比较，测试结果与仿真结果基本吻合。在整个波导频段内，实测插入损耗比仿真结果要略大一些；而回波损耗在9.0～13.0 GHz比仿真结果平均约上升了4 dB，在13.0～15.0 GHz下降了约5 dB。造成这些误差的主要因素有：

  

图6 仿真S参数同频率的关系

  

图7 仿真相位同频率的关系

  

图8 隔离度同频率的关系

不同频率下的S参量值如图6所示。从图6可以看出，在整个波导仿真频率范围内(9.84～15.00 GHz)，如果不计分配损耗，每条支路的传输损耗小于0.2 dB，不平衡度小于0.2 dB。这说明8条支路信号的能量在相应频率上基本相等。回波损耗在9.84～15.00 GHz时优于16.8 dB，特别是在9.84～12.40 GHz，更优于20 dB。

为了考察合成系统的整体性能，将上述2个完全相同的结构背对背连接起来，组成功分器与合成器的连接结构，构成一个完整的无源合成系统，其电磁场仿真模型和电场矢量分布如图9所示。图9的电场矢量分布为频率12 GHz，初始相位0°时激励信号激发的情况，展示了整个信号能量被功分又被合成的过程。插入损耗S21和回波损耗S11的仿真如图10所示。从图10可以看出，在整个BJ120波导工作频率范围内，输入回波损耗都优于10 dB，并且从BJ120波导频率下限一直到13.0 GHz，回波损耗都优于20 dB；而插损在整个仿真频段内都非常小，最大插损发生在14.0～15.0 GHz，平均不到0.3 dB，而在9.9～13.4 GHz，只有0.05 dB损耗，几乎无插损。因此，这种空间功率合成系统的合成效率是非常高的。

  

图9 合成系统电磁模型及电场矢量图

  

图10 合成系统S参数

式中，z为沿线坐标变量，l为传输线长度，Z1为z=l处向左看进去的阻抗，Z2为z=0处向左看进去的阻抗，Z(z)为传输线上任意位置z处向左看进去的阻抗值。

各支路通路的相位信息如图7所示。从图7可以看出，同一条对极鳍线上的2条支路相位相差180°，处于各对极鳍线同侧支路相位相等，即所有处于鳍线左侧的支路相位曲线相重合，所有处于鳍线右侧的支路相位曲线相重合。

总装结构对应的工作原理如图3所示。信号从输入端进入功分器的波导入口；而后，通过渐变鳍线支路(即图2的A-B段)被分成多个支路信号后进入相应微带支路(即图2的B-C段)；然后，被MMIC放大器放大(即图2的C-C′段)；放大后的信号又依次进入合成器的微带线支路(即图2的C′-B′段)和渐变鳍线支路(即图2的B′-A′段)；最后，在输出端的波导腔中完成功率合成。

(2)波导校准件存在误差；

新时代党和国家监督体系中的审计监督内在地要求创新审计监督体制，提升审计监督的权威性、独立性和法治性。其行动路向是进一步加强党对审计监督工作的全面领导，坚持依法独立审计。同时，切实强化审计信息公开，维护公众的信息知情权。此外，要扩大公众参与，拓宽民主参与渠道，增强审计监督合力。最后，还要进一步加大审计监督与问责力度，提升审计监督工作的公信力。

(4)加工与装配有误差。

观察整个频段测试结果，回波损耗在整个测试频率范围内都优于15 dB，插损较大处发生在10.2～10.7 GHz和14.4～15.0 GHz，约0.7 dB，但此时的合成效率仍大于85%，而在波导大部分频段内，合成效率可达90%以上。

  

图11 合成系统的实物照片

  

图12 合成系统测试结果

本文中设计的鳍线空间功率合系统是基于Bj120型波导的，工作频率为9.84～15.00 GHz，覆盖了X波段的高端频段和Ku波段的低端频段。目前常见功率合成系统多是工作在单个波段的，如X波段、Ku波段、Ka波段和W波段，而横跨2个波段的功率合成系统很少见。所以，当某些大功率系统工作在9.84～15.00 GHz时，可以考虑采用本文中提出的功率合成系统。

利用农业生态防治的方法：将蔬菜育苗所需的生态条件与病害的发病条件加以比较，通过采取综合的农业技术措施，加强田间管理，为蔬菜秧苗的生长发育创造最良好的环境条件，而这个环境条件又不利于病害的发生，从而大大减轻病害，达到早熟、优质、高产的效果。

3 结束语

本文基于鳍线阻抗变换原理，利用CST2013微波电磁场仿真软件，设计了一款基于Bj120型波导的8路鳍线空间功率合成系统，实物尺寸小，具有优良的合成性能。在整个Bj120波导工作频段内，即X波段的高端频段和Ku波段的低端频段，有85%以上的合成效率，回波损耗高于15 dB，但相邻2个支路之间的隔离度最小为11 dB，还有进一步提高的空间。

级配类型固定，考虑集料种类和轮胎花纹对摩擦系数的交互影响作用，在显著性水平α=0.1时，对集料种类和轮胎花纹进行双因素分析。结果表明，对AC—13来说，集料种类和轮胎花纹对摩擦系数均存在显著性影响，二者的交互作用对摩擦系数的影响并不显著；当级配为OGFC—13时，对摩擦系数存在显著性影响的只有集料种类；对SMA—13级配，各因素对摩擦系数的影响均不存在显著性。因此，可以通过选择合适的集料提高OGFC—13的摩擦系数，通过选择合适的集料种类和轮胎花纹两种手段来提高AC—13的摩擦系数。

参考文献

[1] 安士全,张瑞,金雁冰.基于双对极鳍线的空间功率合成器设计[J].中国电子科学研究院学报,2015,10(4):432-435.

[2] 刘亚威,苏小保.用于空间功率合成的新型2×2渐变鳍线阵分析与设计[J].电子与信息学报,2015,37(5):1255-1259.

[3] 赵晨曦,谢小强,徐锐敏．毫米波10 W空间功率合成放大器研制[J].红外与毫米波学报,2008,27(6):433-436.

[4] 谢小强,刘晓,徐锐敏．Ka波段25 W固态功率合成放大器[J].红外与毫米波学报,2011,30(4):347-349.

[5] 王斌,刘立浩,谢小强,等.一种新型Ka频段功率合成放大器的设计[J].电波科学学报,2017,32(1):39-43.

[6] 周巧仪,崔富义,张智靓.8路超宽带Wilkinson功分器设计[J].固体电子学研究与进展,2017,37(2):108-112.

[7] 郑强林,梁勤金,石小燕.Wilkinson型功率分配器设计[J].微波学报,2014,30(z1):237-240.

[8] 王秉中,薛良金.鳍线设计的经验公式[J].电子学报,1985,13(1):9-18.