BGAN通信系统中移动终端射频前端器件的设计

发布时间：2017-10-15 21:39

  本文关键词：BGAN通信系统中移动终端射频前端器件的设计

  更多相关文章： 射频前端 圆极化天线阵 双工器 低噪声放大器

【摘要】：随着无线通信技术的快速发展,海事卫星通信在生活中的用途越来越大。BGAN业务在中国投入使用以来,经历了冰雪灾害救灾、汶川地震救灾、新疆和田地震救灾、索马里护航等特殊应用的考验,受到了各界的高度肯定。作为现有公众网络的延伸和应急通信系统,海事卫星通信系统必将在我国边远地区通信和应急通信方面发挥巨大作用。2014年8月,国际海事卫星组织北京办公室的成立进一步为深化与中国的长期合作奠定了基础。2015年10月,习近平主席参观了英国卫星通讯公司INMARSAT,足以证明国家对于卫星通信的重视,这次参观可能会引发市场对整个卫星通信行业的关注。本文紧紧围绕海事卫星移动终端射频前端展开研究,设计出了应用于海事卫星移动终端的宽频圆极化天线、双工器和低噪声放大器。宽频圆极化天线采用层叠式微带贴片天线结构进行设计,层叠式贴片天线为方形的对称两层结构,中间增加了空气层,从而实现了天线的宽频带特性；该天线采用缝隙耦合正交双馈的方法实现圆极化,耦合缝隙采用了"Hour-Glass"型缝隙,进一步增加了阻抗匹配带宽,并增加了耦合能量；馈电线采用了便于调试匹配的枝节微带线。为了增加天线的增益,以该层叠式微带贴片天线作为单元天线,组成了2×2的天线阵。由于单元天线为正交双馈圆极化天线,故2×2的天线阵需要采用一分八的等分功分器进行馈电。一分八等分功分器采用七个一分二等分威尔金森功分器适当级联而成,其带宽较宽,性能良好。圆极化馈电所需的相位关系通过宽带移相器来实现,通过引入平行开路线、短路线的方式实现了90度的宽频相移。双工器由上、下行频带的滤波器连接而成,滤波器采用在开口谐振环上加载一个阶跃阻抗谐振器的结构进行设计,通过在频带内引入一个可控的零点,成功地实现了小型化和高带外抑制特性。低噪声放大器采用Avago公司的ATF54143晶体管进行设计,通过对前级采用低通滤波匹配,对后级采用高通滤波匹配的方法,实现了在保证低噪声特性的前提下增加增益平坦度的目标,达到了设计要求。本文采用理论设计与电磁仿真软件仿真相结合的方法进行设计,并根据设计结果对宽频圆极化天线阵、双工器、低噪声放大器进行了加工与测试。测试结果表明：本文设计的宽频圆极化天线阵的3dB轴比角度范围最大可以达到120。,增益达到了10.9dBi,且方向性良好。在工作频带范围内,双工器的回波损耗均在10dB以上,隔离度基本都在30dB以上；低噪声放大器的增益大于14dB,且曲线很平坦,噪声系数为1.4dB,性能良好,基本达到了设计要求。
【关键词】：射频前端 圆极化天线阵 双工器 低噪声放大器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 BGAN系统简介11
• 1.2 本文的研究背景和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.3.1 圆极化天线的研究现状12-14
• 1.3.2 双工器的研究现状14-15
• 1.3.3 低噪声放大器的研究现状15
• 1.4 本文的研究内容及章节安排15-17
• 第2章 射频前端圆极化天线的设计17-51
• 2.1 微带天线的基本理论和圆极化技术17-20
• 2.1.1 微带天线的基本结构17-18
• 2.1.2 微带天线的馈电方式18-19
• 2.1.3 微带天线的圆极化技术19-20
• 2.2 圆极化单元天线的设计20-30
• 2.3 一分八功分移相馈电网络的设计30-38
• 2.3.1 威尔金森功分器的基本原理30-31
• 2.3.2 一分八功分移相网络的设计和仿真31-38
• 2.4 圆极化天线阵的设计与仿真38-45
• 2.4.1 天线阵的基本理论38-40
• 2.4.2 BGAN圆极化天线阵的设计40-45
• 2.5 BGAN圆极化天线阵的加工和测试45-49
• 2.6 本章小结49-51
• 第3章 射频前端微带双工器的设计51-71
• 3.1 双工器和滤波器的基本知识51-59
• 3.1.1 双工器的基本理论51-54
• 3.1.2 滤波器的基本知识54-55
• 3.1.3 开口谐振环的基本原理55-57
• 3.1.4 阶跃阻抗谐振器的基本原理57-59
• 3.2 双模开口谐振环滤波器的设计59-63
• 3.2.1 单模SRR单腔模型的仿真59-61
• 3.2.2 双模带通滤波器的设计与仿真61-63
• 3.3 双工器的设计和仿真63-65
• 3.4 双工器的加工和测试65-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第4章 射频前端低噪声放大器的设计71-87
• 4.1 低噪声放大器的基本理论71-74
• 4.1.1 低噪声放大器的主要技术指标71-73
• 4.1.2 二端口网络的噪声系数和输入驻波比的关系73-74
• 4.2 低噪声放大器的设计和仿真74-83
• 4.2.1 晶体管的选择和直流偏置电路的设计74-76
• 4.2.2 稳定性设计76-78
• 4.2.3 匹配电路设计78-80
• 4.2.4 放大电路的优化设计80-82
• 4.2.5 PCB版图设计82-83
• 4.3 低噪声放大器的加工和测试83-85
• 4.4 本章小结85-87
• 第5章 总结和展望87-89
• 5.1 总结87-88
• 5.2 展望88-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-95
• 作者简介95

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