介质集成悬置线前端电路关键技术研究

发布时间：2020-04-11 16:33

【摘要】：无线电技术已经成为现代信息社会不可或缺的核心技术之一,在无线通信、卫星导航、雷达、射电天文等各个军事和商用领域具有重要而广泛的应用。射频微波毫米波收发前端是无线电技术中的关键组成部分,是无线电产业中的硬件支撑。随着现代无线电技术的不断进步,人们对前端电路在低损耗、小型化、低成本、高集成度、高性能等方面已经提出了越来越高的要求。本论文将基于介质集成悬置线(Substrate Integrated Suspended Line,SISL)这一新型传输线结构,充分利用其多层结构特点,在高性能、小型化、低损耗、低成本、高集成度、自封装等方面,开展相关前端电路模块的关键技术研究。本文的主要创新工作有:1.提出了加载补偿枝节的技术途径来提高耦合器的定向性,采用多阶级联以及金属挖槽的方法来解决定向性补偿过程中所导致的耦合度下降的问题。基于SISL平台,实现了两种高定向性耦合器以及一种高性能巴特勒矩阵网络,具有低损耗、自封装、高集成度的优势。2.提出了基于SISL自封装平台的曲折线慢波结构,通过缩小曲折线相邻间隙形成窄边耦合效应从而增大慢波线的慢波系数,并利用金属化通孔实现两层金属层的互连以减小导体损耗。设计了两种新型的慢波耦合器,具有电路尺寸小、设计灵活和自封装的优势。3.提出了SISL集总参数电路的设计与实现方法,其电容和电感均在SISL平台实现,无需额外焊接表贴器件,具有成本低和损耗小的优势。设计了一种SISL二阶集总参数耦合器电路,并通过调整内部元件参数提高了其频率带宽。提出了基于双层补偿概念的高密度电容结构,并基于该补偿型电容设计了一种集总参数巴伦,具有电路尺寸小、频带宽的优点。首次提出了一种基于变压器结构的差分耦合器电路,且能对共模信号和交叉模信号同时进行抑制。该差分耦合器基于SISL平台实现,与现有文献相比,具有尺寸小、频带宽的优点。4.利用SISL结构的自封装和电磁屏蔽特性,将缺陷地电路以及槽线电路内置在SISL多层板内,克服了传统缺陷地结构以及槽线电路在实际工程应用中遇到的封装和辐射问题。设计了一种具有阻带抑制功能的SISL宽频带分支线耦合器,以及一种体积紧凑损耗低的宽频带SISL魔T,与现有文献相比具有高性能的优势。5.提出了几种基于SISL结构的贴片耦合器电路,在介质损耗、导体损耗、辐射损耗三个方面实现低损耗电路的设计,与现有文献相比,所设计的SISL贴片耦合器具有低损耗和自封装的优势。首次提出了基于贴片和蜂窝结构的新型SISL巴特勒矩阵网络。通过采用蜂窝形式的多腔体结构,使得复杂网络电路中的模块之间具有较好的隔离度,能够实现具有较高集成度的复杂系统网络。所设计的SISL巴勒矩阵网络工作在24GHz频段,并与天线阵列集成在同一SISL平台上,具有较高的系统集成度。首次提出了一种完全采用贴片结构的低损耗SISL移相器电路,其移相支路和参考线均采用三角贴片的形式,同时基于双层金属、介质切除以及电磁屏蔽腔,实现了较低的电路损耗。所设计的SISL移相器工作在24GHz频段,并应用于SISL单平衡混频器的设计,具有损耗小和自封装的优势。6.首次提出了基于多内层板结构的新型SISL电路。针对宽边耦合线电路,将不同耦合线分别设置在不同的内层板上,并使用支撑板对相邻的内层板进行分隔,使得耦合路径中几乎没有介质损耗。在全部基板均采用低成本且介质损耗大的FR4板材的前提下,仍能够基于多内层板结构以及介质切除等方法,获得较小的电路损耗。基于此技术思路,实现了两种高定向性的SISL双内层板耦合器,以及一种基于SISL三内层板结构的宽频带非对称Marchand巴伦,与现有文献相比,具有低成本和低损耗的优势。
【图文】：

悬置,带线,基本结构

理工学院的 Rainee Simons 等学者针对双层介质层的结构以及悬置宽边带对称耦合槽线结构[27,28]，研究了抗、相对介电常数的影响。美国学者 C. H. Chan 等人置线的色散特性进行了研究[29-31]。针对悬置线的计ed Design，CAD)模型[32-34]，加拿大和美国的学者 Prnberg 等人都进行了相关的研究工作。日本电气通信分析了悬置线边带壳体开槽对特性阻抗等传输特性大学王蕴仪等人对耦合悬置带线的色散特性进行了理方程[36]。南京理工大学方大纲等人提出了一种宽边耦带线和悬置带线，工作于偶模状态下具有更小的损耗图 1-1 所示，，它由位于中间的单层介质基板以及包裹磁场将分布在基板与金属壳体之间的两个空气腔体内电路，悬置线具有损耗小、色散弱、功率容量大的优无源及有源器件的设计。

悬置,线电路,波导,振荡器

图 1-2 基于金属壳体封装的波导悬置线带通滤波器[41]结构也应用在有源电路设计中。文献[50]和[51]分别报道了混频器和低噪声放大器。文献[52]报道了一种可调振荡器结了具有高品质因数的波导悬置线谐振器，同时在微带线结，波导悬置线谐振器的金属外壳上加载可调结构。可以看路的无源部分和基于微带线的有源部分连接时，后期装配集成。此外，在基于悬置线结构的天线设计[53-55]中，馈电线电路单独实现，而与天线单元或阵列的集成仍比较困难。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN710

【参考文献】