横跨定向耦合器的设计方法与应用研究

发布时间：2018-02-20 01:41

  本文关键词： 弱耦合 小型化 频率可调节和耦合度可重构 输入/输出端口无交叉 多模卫星导航终端有源天线　出处：《大连海事大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：微带同向定向(Co-directional, COD)耦合器大多基于分支线结构,其体积大,频带窄；由于加工工艺所限,基于平行耦合线结构的反向定向(Contra-directional, CTD)耦合器耦合线间隙不能太小,无法实现紧耦合。相比于COD耦合器和CTD耦合器,横跨定向(Trans-directional, TRD)耦合器具有紧耦合、电路尺寸小和固有隔直等优点,因此研究TRD耦合器及其应用具有重要的意义。为了适应通信系统发展的需要,TRD耦合器还有许多问题待解决。因此论文致力于新型TRD耦合器及其应用研究。提出新型TRD耦合器的设计方法,并将TRD耦合器应用到微波电路中,提高电路系统的性能。本课题由国家自然科学基金项目、交通运输部交通应用基础研究项目和中央高校基本科研业务费资助。论文的主要创新工作如下：(1)提出一种高方向性弱耦合TRD耦合器的设计方法,给出了严格的参数设计数学表达式。在此基础上,采用电容加载缺陷性地耦合共面波导(Coplanar Waveguide, CPW)和电感加载非对称共面波导(Asymmetrical Coplanar Waveguide, ACPW)传输线研制了两款耦合度分别为10 dB和20 dB的TRD耦合器。与相同耦合度传统平行耦合线定向耦合器相比,提出的弱耦合TRD耦合器的方向性更优。(2)提出一种TRD耦合器小型化的设计方法。推导了LC元件加载传输线的参数设计公式,并以此为基础,研制了一款体积小、方向性高的TRD耦合器。与传统平行耦合线结构TRD耦合器相比,论文提出的TRD耦合器体积缩小了47.6%,方向性提高了15 dB。(3)提出一种频率可调节TRD耦合器的设计方法,将频率可调节相对带宽提高到了66.7%。此外,又提出一种耦合度可重构TRD耦合器的设计方法,推导了其参数设计数学表达式,并给出了详细的设计步骤。基于该设计步骤,研制了一款耦合度可重构范围为3～40dB的TRD耦合器。当耦合度为40dB时,该TRD耦合器可作为一个过桥,实现了功能可重构。(4)提出一种基于TRD耦合器的输入/输出端口无交叉180°混合环的设计方法。该混合环由CTD耦合器、TRD耦合器和相位差为180°的两条相移线组成。混合环中CTD耦合器和TRD耦合器的耦合度可以根据加工精度自由选择,设计灵活度高。此外,电路中没有跨接线、电气化过孔和多层结构,更易加工。小体积和固有隔直也是该混合环的特点。为了进一步扩大该混合环的应用范围,对TRD耦合器进行了改进,又提出一种任意耦合度输入/输出端口无交叉180°混合环。给出了改进TRD耦合器的解析设计公式和任意耦合度输入/输出端口无交叉180°混合环的设计方法。(5)基于TRD耦合器设计了高性能多模卫星导航终端有源天线。该有源天线的辐射部分集成了短路圆环抑制表面波(Shorted-annular-ring Reduced-surface-wave, SAR-RSW)贴片和反向短路圆环抑制表面波(Inverted Shorted-annular-ring Reduced-surface-wave, ISAR-RSW)贴片,通过采用电容耦合馈电技术和空气层加载技术展宽了天线的阻抗带宽,使其能够覆盖GPS, GLONASS、GALILEO和BD定位导航信号。该有源天线的馈电网络集成了正交的TRD耦合器,通过采用TRD耦合器对SAR-RSW贴片和ISAR-RSW贴片馈电,展宽了天线的圆极化带宽。为了减少SAR-RSW贴片与ISAR-RSW贴片之间的互耦效应,提高天线的抗多径性能,提出了基于缺陷性地结构(Defected Ground Structure, DGS)的互耦抑制技术。此外,在天线的馈电网络中还集成了基于射频/直流共线技术的高增益宽带低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA),提高了有源天线的增益。
[Abstract]:In order to meet the needs of the development of the communication system , the TRD coupler has the advantages of tight coupling , small circuit size and inherent separation . (3)鎻愬嚭涓，

本文编号：1518463