移相器的小型化及超宽带技术的研究

发布时间：2017-10-18 17:41

  本文关键词：移相器的小型化及超宽带技术的研究

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【摘要】：相控阵雷达因响应速度快、波束便于控制等特点,近年来得到了快速的发展。本文针对相控阵系统中的重要组成部分——移相器,在其小型化和增加带宽两方面进行了研究。为了降低天线单元间的互耦并且抑制天线阵列副瓣及栅瓣,相控阵中的天线单元的间隔通常介于工作频点的自由空间半波长与一个波长之间。若采用的移相器尺寸大于该间隔,就难以在天线单元间布排馈电网络,因此实现移相器的小型化极具工程意义。另外,由于传输线固有特性,基于传输线结构的无源移相器的相对带宽一般很难超过10%,这限制了雷达的宽带应用。因此,开展宽带移相器的研究,同样具有很重要的意义。本文分为三部分,第一部分为简介,包括第一、二章。其中第一章对相控阵和移相器的原理及国内外研究进展进行了介绍。第二章中介绍了电控移相器的分类并对电控开关进行了调研。第二部分为移相器的小型化研究,包括第三、四章。在第三章中分析了慢波线的基本原理和等效电路,并提出了利用慢波线、弯折线、小型化控制电路实现移相器小型化的方法。基于第三章中的方法,第四章中设计了一个L波段四位数字移相器。该移相器尺寸为30mm×80mm×17mm,在0.99GHz～1.13GHz的工作频带内回波损耗低于-14dB,插入损耗低于2.4dB,移相误差在±5%以内。第三部分为文章的第五章,内容为移相器的超宽带技术研究。首先,分析了基于加载枝节结构的超宽带移相器,并基于等效电路提出了一种快速设计方法。然后,基于该方法设计了在2.5GHz-6GHz频段内相位误差不大于±4.5%的90°超宽带固定移相器。最后,基于同样原理以及枝节弯折的方法,进一步设计了一L波段90°超宽带小型化可变移相单元。该移相单元尺寸为25mmx50mm,在0.62GHz-1.25GHz的频带内,回波损耗小于-1OdB,插入损耗小于0.7dB,相位误差小于±5%,同时实现了可变移相器的小型化和超宽带特性。
【关键词】：移相器 小型化 慢波线 超宽带 控制电路
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN623;TN925
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 相控阵基本原理及移相器13-15
• 1.2 小型化移相器和超宽带移相器的研究意义15-16
• 1.3 国内外移相器的研究进展16-25
• 1.3.1 小型化移相器的国内外研究进展16-19
• 1.3.2 超宽带移相器的国内外研究进展19-25
• 1.4 文章创新点及论文结构25-27
• 1.4.1 文章创新点25-26
• 1.4.2 论文结构26-27
• 第2章 电控移相器27-33
• 2.1 常见电控移相结构及工作原理27-30
• 2.1.1 铁氧体波导移相器27-28
• 2.1.2 平面传输线移相器28-29
• 2.1.3 有源移相器29-30
• 2.2 电控移相器开关30-32
• 2.3 小结32-33
• 第3章 数字移相器小型化设计33-45
• 3.1 利用慢波线实现小型化方法33-37
• 3.2 开关的选取及偏置电路小型化方法37-41
• 3.2.1 PIN二极管开关等效电路37-39
• 3.2.2 偏置电路小型化方法39-41
• 3.3 传输线弯折的小型化方法41-43
• 3.4 小结43-45
• 第4章 L波段小型化四位移相器的设计、仿真和测试45-59
• 4.1 指标要求45
• 4.2 加载线型移相器45-51
• 4.2.1 加载线型移相器的原理45-47
• 4.2.2 改进型加载线移相器原理47-48
• 4.2.3 小角度加载线移相器改进设计方法48-51
• 4.3 设计及仿真结果51-53
• 4.4 控制电路设计53-56
• 4.5 整体加工、测试结果56-57
• 4.6 小结57-59
• 第5章 加载式超宽带移相器原理及设计59-71
• 5.1 移相器超宽带的定义59-60
• 5.2 枝节加载结构的研究60-65
• 5.2.1 单加载枝节结构的研究60-62
• 5.2.2 双加载枝节结构的研究62-64
• 5.2.3 设计方法验证64-65
• 5.3 新型加载枝节设计方法65-68
• 5.4 超宽带移相器的设计与测试68-70
• 5.4.1 固定超宽带移相器的设计与测试结果68
• 5.4.2 可变超宽带移相器的设计与仿真结果68-70
• 5.5 小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果79

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本文编号：1056276