微波非互易性器件研究
发布时间：2020-12-11 13:14
随着5G移动通信的到来,频谱资源变得更为紧张。为了提高频谱利用率,全双工（full-duplex）的双工器将会逐渐取代半双工,而环形器作为全双工器的关键组成部分,成为了研究的热点。传统的铁氧体环形器体积大且不可集成,不利于5G通信系统的小型化设计,因此,近几年对非铁氧体环形器的研究越来越广泛。利用晶体管实现的环形器,由于晶体管自身噪声的存在导致环形器的噪声系数过大,从而限制了其应用。而利用电感、电容以及传输线等元件实现的环形器凭着良好的噪声性能备受研究者青睐。本文在对各种环形器结构进行研究分析和对比的基础上,提出了两款基于开关传输线的集成环形器。该环形器结构简单,性能优越,易于实现。本文主要工作以及创新点如下:本文对开关传输线型环形器进行了研究,详细分析了它的损耗机制,并在此基础上提出了改进方案。现有的环形器采用共面波导实现四分之一波长传输线,该结构面积大,损耗也大。本文采用集总LC传输线代替共面波导,在降低损耗的同时,缩小了传输线的尺寸;集总LC传输线中的电感采用导线的电感效应来替代环形电感,简化了版图的布局。本文利用上述的改进方案研制了第一款环形器芯片,第一款环形器在18GHz频率...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全双工双工器结构
电子科技大学硕士学位论文6图2-1单端的相位不对称元件与调制信号的时序图下面通过时域的角度对上述结构进行分析。信号从左向右传播时，1端口任意频率的入射信号，在sw1V(t)为高电平时，开关S1导通，信号经过Tb/4的时间到达2端口，sw2V(t)正好为高电平，开关S2导通，信号从2端口出射；在sw1V(t)为低电平时，开关S1关断，信号直接被反射回去。信号从右向左传播时，2端口任意频率的入射信号，在sw2V(t)为高电平时，开关S2导通，经过Tb/4的时间到达S1右端，此时sw1V(t)恰好为低电平，开关S1关断，信号被反射回去，再经过Tb/4的时间到达S2左端时，sw2V(t)也是低电平，信号再次被反射回去，再经过Tb/4的时间到达S1左端，此时sw1V(t)为高电平，信号从1端口出射；在sw2V(t)为低电平时，信号直接被反射回去。也就是说，信号由右边入射时经过了3Tb/4的延时到达左边。显然，信号从左到右的传播和从右到左的传播相比，相位的变化具有不对称性。通过式(2-1)所示的时域表达式描述信号入射波与反射波的关系：()()111222112233()()1()44()()1()44++++=+=+bbswswbbswswTTxtvtVtxtVtTTxtxtVtxtVt(2-1)式(2-1)所示的时域表达式进行傅里叶变换，可得式(2-2)所示的S参数矩阵34411122122bbTjTjeSe=(2-2)从S参数矩阵中的S21和S12可以看出，信号只有四分之一的功率从一端传播到另一端，剩余的部分功率或者被直接反射回去，或者转化成了其他的频率分量。从中S21和S12的相位部分很容易看出相位的不对称性，值得一提的是，当入射信号的频率取值合适的时候，相位也可以是对称的。
第二章非互易元件的实现72.1.2平衡式相位不对称元件在理想器件假设的前提下，单端的相位不对称元件依然存在损耗，其损耗的主要原因在于sw1V(t)和sw2V(t)为低电平的时候，入射信号直接被反射回去，如果在sw1V(t)和sw2V(t)为低电平的时候给信号另一条通路，就可以避免发射的发生，如图2-2所示，两根传输线分别用两组开关控制恰好解决了上述的问题，新增加的开关分别由调制信号sw1V(t)和sw2V(t)来控制，把这种结构叫做平衡式相位不对称元件。与上一节进行类似的分析，针对信号从1端口向2端口传播的情况，当sw1V(t)为高电平时，信号沿上面的传输线传播，sw1V(t)为低电平时，信号沿下面的传输线传播，都是经过Tb/4的延时从2端口出射。当信号从2端口向1端口传播时，若开关sw2V(t)为高电平，信号沿上面的传输线传播，同样需要经过2次反射，然后从1端口出射，若sw2V(t)为低电平，信号沿下面的传输线传播，也是经过2次反射，同样从1端口端出射。用式(2-3)所示的时域表达式描述信号入射波与反射波的关系：图2-2平衡式相位不对称元件12213()4()4bbTxtxtTxtxt++==(2-3)式(2-3)所示的时域表达式进行傅里叶变换，得其S参数矩阵如式(2-4)所示：34400bbTjTjeSe=(2-4)观察S参数矩阵中S21和S12的相位部分可以发现，当输入信号频率正好是调制信号频率的奇数倍数时，即(21),0,1,2,3...inbf=k+fk=，信号从1端口入射和从2端口入射的相移分别是(2k+1)/2和3(2k+1)/2。此时，这个电路正好是一个信号从两边入射所形成的相位差为π的回转器。相位差是π的情况，可以用
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于耦合模理论的多模谐振耦合电路研究[D]. 许慧.浙江大学 2017
[2]基于0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器研究[D]. 刘亚能.湖南师范大学 2016
本文编号：2910590
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全双工双工器结构
电子科技大学硕士学位论文6图2-1单端的相位不对称元件与调制信号的时序图下面通过时域的角度对上述结构进行分析。信号从左向右传播时，1端口任意频率的入射信号，在sw1V(t)为高电平时，开关S1导通，信号经过Tb/4的时间到达2端口，sw2V(t)正好为高电平，开关S2导通，信号从2端口出射；在sw1V(t)为低电平时，开关S1关断，信号直接被反射回去。信号从右向左传播时，2端口任意频率的入射信号，在sw2V(t)为高电平时，开关S2导通，经过Tb/4的时间到达S1右端，此时sw1V(t)恰好为低电平，开关S1关断，信号被反射回去，再经过Tb/4的时间到达S2左端时，sw2V(t)也是低电平，信号再次被反射回去，再经过Tb/4的时间到达S1左端，此时sw1V(t)为高电平，信号从1端口出射；在sw2V(t)为低电平时，信号直接被反射回去。也就是说，信号由右边入射时经过了3Tb/4的延时到达左边。显然，信号从左到右的传播和从右到左的传播相比，相位的变化具有不对称性。通过式(2-1)所示的时域表达式描述信号入射波与反射波的关系：()()111222112233()()1()44()()1()44++++=+=+bbswswbbswswTTxtvtVtxtVtTTxtxtVtxtVt(2-1)式(2-1)所示的时域表达式进行傅里叶变换，可得式(2-2)所示的S参数矩阵34411122122bbTjTjeSe=(2-2)从S参数矩阵中的S21和S12可以看出，信号只有四分之一的功率从一端传播到另一端，剩余的部分功率或者被直接反射回去，或者转化成了其他的频率分量。从中S21和S12的相位部分很容易看出相位的不对称性，值得一提的是，当入射信号的频率取值合适的时候，相位也可以是对称的。
第二章非互易元件的实现72.1.2平衡式相位不对称元件在理想器件假设的前提下，单端的相位不对称元件依然存在损耗，其损耗的主要原因在于sw1V(t)和sw2V(t)为低电平的时候，入射信号直接被反射回去，如果在sw1V(t)和sw2V(t)为低电平的时候给信号另一条通路，就可以避免发射的发生，如图2-2所示，两根传输线分别用两组开关控制恰好解决了上述的问题，新增加的开关分别由调制信号sw1V(t)和sw2V(t)来控制，把这种结构叫做平衡式相位不对称元件。与上一节进行类似的分析，针对信号从1端口向2端口传播的情况，当sw1V(t)为高电平时，信号沿上面的传输线传播，sw1V(t)为低电平时，信号沿下面的传输线传播，都是经过Tb/4的延时从2端口出射。当信号从2端口向1端口传播时，若开关sw2V(t)为高电平，信号沿上面的传输线传播，同样需要经过2次反射，然后从1端口出射，若sw2V(t)为低电平，信号沿下面的传输线传播，也是经过2次反射，同样从1端口端出射。用式(2-3)所示的时域表达式描述信号入射波与反射波的关系：图2-2平衡式相位不对称元件12213()4()4bbTxtxtTxtxt++==(2-3)式(2-3)所示的时域表达式进行傅里叶变换，得其S参数矩阵如式(2-4)所示：34400bbTjTjeSe=(2-4)观察S参数矩阵中S21和S12的相位部分可以发现，当输入信号频率正好是调制信号频率的奇数倍数时，即(21),0,1,2,3...inbf=k+fk=，信号从1端口入射和从2端口入射的相移分别是(2k+1)/2和3(2k+1)/2。此时，这个电路正好是一个信号从两边入射所形成的相位差为π的回转器。相位差是π的情况，可以用
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于耦合模理论的多模谐振耦合电路研究[D]. 许慧.浙江大学 2017
[2]基于0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器研究[D]. 刘亚能.湖南师范大学 2016
本文编号：2910590
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