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毫米波混频器与固态功率源是毫米波雷达、通信、测试仪器等系统中的核心部件。混频器的宽带频响特性是影响宽带接收系统性能的重要因素;固态功率源的输出功率、宽带幅频特性与线性度则是决定各类发射系统功能正常发挥及其性能优劣的关键因素。本文对毫米波宽带混频器、固态高功率合成功放和固态功放线性化技术进行了深入研究。首先研究了基于肖特基（Schottky）二极管的毫米波平衡混频电路中的中频带宽拓展技术,并应用于V波段宽中频混频器的研制。以实现E波段高功率固态功率源为目标,对多路波导功分/合成网络、高功率固态功放的功率合成技术进行了深入研究。基于E波段GaAs和GaN功放芯片,分别研制成功了连续波瓦级和10瓦量级的高功率固态合成功放原理样机。同时,为了改善E波段GaN功放输出功率的线性度,对反射式模拟预失真电路进行了深入研究。本文主要研究进展包括以下几个方面:1、为了拓宽基于肖特基二极管的毫米波宽带混频器的中频带宽,提出了多短路枝节线与阶梯阻抗线相结合的宽带射频/本振匹配电路和超宽带中频回路的一体化设计方案。基于二极管的精确三维模型,采用场路结合的方法分析了产生中频功率凹点的主要原因,并研究了混频电路内中频短路枝节线数目与变频损耗峰值点的对应关系。基于本振反相型平衡混频电路架构,选取商用MA4E1310二极管,设计了V波段全波段宽带混频器。通过优化中频短路枝节线的数目、尺寸及相邻短路枝节线的间距,成功移除了超宽中频频段内的输出功率凹点,实现了混频器的宽中频特性。实验研究表明,当本振/射频频率为50GHz～75GHz,中频频率为0.01GHz～22GHz时,混频器最佳本振输入功率典型值为15dBm,变频损耗为6.8dB～11.4dB,射频输入1dB压缩点大于10.7dBm,验证了上述毫米波混频电路扩展中频带宽方法的有效性。2、基于奇偶模原理,提出了一种由六端口分支波导耦合器构成的三路任意功分比的波导功分/合成网络的有效分析方法。采用基于六端口分支波导耦合器的三路波导功分/合成网络结构,解决了传统的波导二进制合成网络中合成路数选择的灵活性受限的问题。首先将六端口分支波导耦合器简化为两组等效四端口网络模型,根据工作带宽要求,选取恰当的耦合波导分支数目,基于奇偶模原理,推导出对应不同耦合比的网络参数,利用经典解析方法获取分支波导耦合器的初始尺寸。接着分别建立两组波导四端口网络的HFSS三维电磁仿真模型,对其关键尺寸进行仿真优化。最后根据上述两组等效网络的尺寸优化结果,建立完整的六端口分支波导耦合器仿真模型,并对两组波导分支结构尺寸进行一体化仿真优化。为了保证相位一致性,在中间支路上设计了阶梯波导形式的相位补偿结构。采用这样的技术,研制了两套E波段具有高隔离度的三等分波导功分器实验样品,在68GHz～80GHz频段内,背靠背连接状态的插入损耗测试结果为0.94dB～1.67dB。利用E波段功率放大器芯片g APZ0051A设计了三个E波段功放模块单元。将功放模块单元和两套三路波导功分/合成网络集成起来,组成三路功率合成放大器组件,完成了实验测试。实测结果表明,在68GHz～76GHz频段内,该合成功放组件的饱和输出功率大于0.9W,峰值功率为1.1W,合成效率的典型值为75%,最大合成效率为86.6%。3、提出了一种基于双面氮化钽（TaN）阻性薄膜的E波段宽带大功率匹配负载的设计方案,研制了具有16单元的分布式大功率吸收负载,并应用于E波段高功率固态源输出功率的测试系统。首先建立了基于双面涂覆渐变过渡型TaN阻性薄膜的氧化铝陶瓷基片的匹配负载单元的HFSS模型,以实现良好的端口匹配及功率吸收性能为目标,对吸收薄膜的关键尺寸进行优化。接着利用四级二进制功分网络,由十六个匹配负载单元组成一组分布吸收式大功率匹配负载,对其电性能及热分布特性进了仿真分析及优化设计。实验样品测试结果表明,四路合成匹配负载的回波损耗优于20dB。在室温和自然对流条件下,仿真得到当十六路大功率匹配负载的输入功率为30W时,组件表面温度为37.4℃,膜片单元的最高温度为318.7℃,低于TaN薄膜所能承受的最高温度350℃。实测结果表明,当十六路合成匹配负载上加载的功率达到28W时,整个匹配负载组件表面温度在35℃～45℃范围。4、将波导E面三分支功分器、E面二分支功分器和波导3dB耦合器相结合,提出了一种兼顾插入损耗和隔离度的E波段十二路混合型波导功分/合成网络设计方案,并应用于E波段十二路高功率固态合成功放的研制中。利用HFSS仿真软件,分别对波导E面三等分功分器、E面T型结功分器和波导五分支3dB耦合器进行了仿真设计和实验测试。采用混合集成电路技术,利用GaN功放芯片研制了饱和输出功率典型值为3W的单芯片功放模块单元。接着挑选性能一致性较好的三个功放模块单元,结合E面三等分功分器和合成器,进行了三路合成功放组件的实验研究。在中心频率为E波段某频点,带宽5GHz范围内,实测得到其饱和输出功率为5.8W～9.7W,合成效率为79.6%～95.8%。在此基础上,利用3dB耦合器和两组三路合成功放,开展了六路合成功放的实验研究。实测得到,在同样的带宽范围内,饱和输出功率达到11.2W～15.8W,合成效率为64.6%～80.8%。最后,利用波导T型功分/合成网络,将两组六路合成功放集成起来,完成了十二路高功率合成功放的实验研究。解决了系统结构布局、电源管理、风冷散热以及大功率测试系统构建等系统设计与工程实现问题。实测结果表明,十二路合成功放系统的饱和输出功率为20.8W～27.9W,末级合成效率为89.4%～93.8%,总合成效率为63.3%～71.7%。5、为增强模拟预失真器的功率容量,提出了一种在反射支路加载同向并联双Schottky管对的反射式模拟预失真线性化电路方案。利用MA4E1310 Schottky二极管的等效电路模型,建立了基于波导3dB耦合器的单支路双二极管反射式模拟预失真线性化电路的非线性特性理论模型,分析了不同直流偏置条件下的增益幅度扩张、相位扩张与压缩特性。采用基于HFSS与ADS软件的场路结合的仿真分析方法,研究了在不同偏置条件下E波段预失真线性化电路的幅相特性,优化了电路和结构参数,加工制造了实验样品。实测结果表明,在不同直流偏置条件下,线性化器呈现两种不同的幅相特性。当两组双Schottky管对加载的直流电压分别为+10V和-6V时,在74GHz～78GHz频段内,增益幅度扩张量为3dB～6.7dB,相位扩张量为21.4°～30.7°;当两组直流电压分别接近+0.75V与+0.55V时,在74GHz～76GHz频段内,增益幅度扩张量为1.5dB～2.5dB,相位压缩量为10.4°～20.2°。利用这样的特性,可将其用作固态功率放大器与行波管放大器的线性化器。6、利用上述线性化器的幅度扩张、相位压缩的特性,开展了E波段3W GaN固态功放的幅相特性线性化实验研究。为使线性化器与功放模块的非线性曲线得到较好的互补效果,在线性化器的输入输出端均级联增益可调模块组成线性化驱动组件,并将其与GaN固态功放模块级联,组成一个E波段GaN固态功放模拟预失真线性化实验系统,利用E波段单音信号与频率间隔为10MHz的双音信号分别对末级功放的输出功率与三阶交调特性进行测试。实测结果表明,在73.5GHz～74.5GHz频段内,级联线性化驱动组件后,末级功放输出P1dB改善了1dB～3dB,IMD3改善了0.9dB～10.1dB,初步实现了3W量级的大功率固态功放的线性化效果。