短距离雨衰测量前端设计与仿真

发布时间：2023-01-25 18:14

　　近年来,气象领域的专家提出了利用城市微波网络监测城区降雨情况的研究方向,通过对微波网络路径上雨衰值的测量,以及雨衰与路径雨强关系模型的建立,来反演得到微波路径上的雨强信息。5G时代到来,毫米波频段的微波信号对雨、雪等降水粒子更加敏感,利用这些商用链路进行降雨观测也更加具有现实意义。但是,出于基站覆盖半径短的实际情况,以及提高降雨反演精度的需求,需要实现在短距离测量微弱雨衰值的目标。本文提出一种从增益和噪声两个方面改进的硬件设计方案,通过提高射频前端电路的增益以及降低噪声,实现对微弱信号的接收与识别。主要硬件方案包括低副瓣阵列天线、低噪声功率放大器和高选择性带通滤波器等三个部分。首先设计了 X波段低副瓣阵列天线,设计结果为工作带宽大于1GHz、3dB波束宽度约20°、副瓣电平-16.2dB以及增益17.3dBi。其次,设计了 X波段低噪声功率放大器,设计结果为9.5GHz～10GHz频段内输入回波损耗低于-10dB、增益大于32dB、增益平坦度1.5dB以及噪声系数低于1.8。最后,设计了高选择性带通滤波器,设计结果为通带带宽9.6GHz～10.4GHz、输入回波损耗基本小于-10dB、... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 应用背景与研究意义
    1.2 微波雨衰特性测量降雨原理
        1.2.1 微波雨衰模型
        1.2.2 微波链路实测雨衰值提取
    1.3 指标要求与设计方案
    1.4 本文的主要工作
第二章 低副瓣阵列天线设计
    2.1 微带天线基本理论
        2.1.1 微带天线的辐射特性
        2.1.2 微带天线的馈电方式
        2.1.3 微带天线的分析方法
    2.2 X波段低副瓣微带阵列天线设计
        2.2.1 天线具体的设计流程
        2.2.2 阵列天线单元的设计
        2.2.3 低副瓣天线设计方法
        2.2.4 阵列馈电形式与设计
        2.2.5 天线阵列的设计
    2.3 本章小结
第三章 X波段低噪声放大器设计
    3.1 微波低噪声放大器的理论基础
        3.1.1 噪声系数与噪声温度
        3.1.2 稳定性
        3.1.3 增益
        3.1.4 端口驻波比
        3.1.5 动态范围和1dB压缩点
        3.1.6 三阶截断点
    3.2 低噪声放大器设计指标
    3.3 直流偏置电路
    3.4 稳定性设计
    3.5 匹配电路设计
        3.5.1 输入匹配电路设计
        3.5.2 级间匹配电路设计
        3.5.3 输出匹配电路设计
    3.6 三级级联仿真
    3.7 低噪声放大器的版图优化及与原理图联合仿真
    3.8 本章小结
第四章 新型高选择性带通滤波器设计
    4.1 微带滤波器简介与原理
    4.2 微波滤波器基本技术指标
    4.3 基于ADS微带发夹型带通滤波器的设计
        4.3.1 高选择性发夹型带通滤波器的设计
        4.3.2 抑制带通滤波器寄生通带的设计
        4.3.3 提高微带发夹型带通滤波器选择性的设计
        4.3.4 版图仿真
    4.4 本章小结
第五章 系统联合仿真
    5.1 低噪声放大器与带通滤波器联合仿真
    5.2 前端电路联合仿真
第六章 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 不足与展望
参考文献
致谢
个人简介



本文编号：3731652