微波毫米波集成无源电路研究

发布时间：2017-03-18 19:09

  本文关键词：微波毫米波集成无源电路研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,随着半导体技术的发展,无线系统中的有源电路己经实现了高度集成。但该系统中的滤波器、耦合器、功分器等无源电路仍然面临着实现小型化和高性能的棘手难题。为了适应无线系统对于无源电路小型化、高性能的需求,本文针对微波毫米波前端中常见的平面无源电路展开研究。作为微波毫米波系统中重要的无源电路之一,滤波器也面临着小型化、高性能的迫切需求。针对这一要求,本文提出了多种双通带带通滤波器、具有宽阻带响应的带通滤波器、差分带通滤波器等新型电路。本文提出了新颖的双通带带通滤波器实现方法,研究了基于U型耦合线谐振器构建的滤波器传输特性和传输零极点产生原理。在此基础上,利用阶梯阻抗谐振器(SIR,Stepped Impedace Resoantor)谐振频率便于控制的特点,研究并实现了双通带带通滤波器。本文提出的双通带带通滤波器具有小型化、低插损、通带易于控制的特点。为了解决带通滤波器寄生通带的问题,基于U型耦合线谐振器,本文创新性地提出一种新的馈电方式,即采取将输入输出端口放置在将耦合线分支按比例1:2分为两段的位置。通过理论和仿真分析,发现在这样的馈电方式下滤波器的第一个寄生通带会出现在五倍通带中心频率处,在不增加谐振器个数的情况下拓宽了滤波器的高阻带。本文提出的宽阻带带通滤波器同时解决了小型化、低插损、寄生通带抑制等问题。为了增强滤波器的抗干扰特性,利用提出的馈电方式,结合U型耦合线谐振器,研究并实现了差分带通滤波器。在差模激励下,滤波器在中心频率处呈现带通响应,并且有较宽的高阻带;在共模激励下,在中心频率处呈现带阻响应,同时保证了滤波器的小型化。相关成果已经发表在IET Electronics Letters。分支线耦合器被广泛应用于平衡放大器、混频器以及阵列天线馈电网络等微波电路,但是传统的分支线耦合器具有面积偏大、在奇数倍中心频率处存在谐波响应、带宽窄等缺点。针对以上问题,通过对比分析枝节加载传输线与传统分支线耦合器中四分之一波长传输线的传输特性,本文提出了利用尺寸小于四分之一波长的枝节加载传输线替换传统分支线耦合器中的四分之一波长传输线的方法,实现了小型化谐波抑制分支线耦合器。在此基础上,在耦合器每个端口利用开路平行耦合线,研究了具有滤波响应的小型化宽带分支线耦合器。在小型化谐波抑制分支线耦合器的基础上,本文研究了小型化巴特勒矩阵。在小型化巴特勒矩阵的研究中,基于枝节加载传输线,本文提出了小型化的交叉结,进而实现巴特勒矩阵的小型化,并开展了由其作为波束形成网络的1×4微带阵列天线研究。相关工作发表在Microwave and Optical Technology Letters。传统环形耦合器和威尔金森功分器具有面积较大、在奇数倍中心频率处存在谐波响应等问题。针对这些问题,本文提出了多种小型化谐波抑制环形耦合器及威尔金森功分器。在枝节加载传输线与传统耦合器、功分器中的传输线具有相同传输特性的情况下,利用尺寸更小的枝节加载传输线替换传统环形耦合器和威尔金森功分器的四分之一波长传输线的方法,以此达到小型化、谐波抑制的目的。本文提出的新型环形耦合器和威尔金森功分器在性能及电路尺寸方面都具有优势。相关成果发表在IEEE Microwave and Wireless Component Letters和Microwave and Optical Technology Letters。本文系统总结并提出了多种无源电路实现方法,解决了无源电路小型化和寄生通带抑制及高性能等诸多问题,提出的多种新型无源电路,可以在工程中得到广泛应用,提升系统的整体性能。
【关键词】：平面无源电路 带通滤波器 耦合器 功分器 小型化 谐波抑制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN015
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-34
• 1.1 研究工作的背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-31
• 1.2.1 滤波器研究现状12-23
• 1.2.1.1 宽阻带带通滤波器15-18
• 1.2.1.2 多通带带通滤波器18-22
• 1.2.1.3 差分带通滤波器22-23
• 1.2.2 耦合器研究现状23-28
• 1.2.2.1 分支线耦合器23-26
• 1.2.2.2 环形耦合器26-28
• 1.2.3 巴特勒矩阵28-31
• 1.3 本文的主要研究内容及创新31-34
• 第二章 微波滤波器研究34-53
• 2.1 概述34
• 2.2 双通带带通滤波器34-41
• 2.2.1 U 型耦合线谐振器34-35
• 2.2.2 双通带带通滤波器35-41
• 2.3 具有宽阻带响应的带通滤波器41-48
• 2.3.1 宽阻带带通滤波器42-45
• 2.3.2 基于DGS宽阻带带通滤波器45-48
• 2.4 差分带通滤波器48-52
• 2.4.1 差分带通滤波器等效电路48-51
• 2.4.2 差分带通滤波器仿真与实验研究51-52
• 2.5 本章小结52-53
• 第三章 分支线耦合器研究53-80
• 3.1 分支线耦合器概述53
• 3.2 具有滤波响应的小型化宽带分支线耦合器53-61
• 3.2.1 枝节加载传输线分析53-55
• 3.2.2 具有二次谐波抑制功能的小型化分支线耦合器55-59
• 3.2.3 滤波响应的小型化宽带分支线耦合器59-61
• 3.3 谐波抑制小型化分支线耦合器61-71
• 3.3.1 枝节加载传输线分析61-63
• 3.3.2 谐波抑制小型化分支线耦合器分析63-71
• 3.4 小型化巴特勒矩阵及微带阵列天线71-79
• 3.4.1 巴特勒矩阵概述71-72
• 3.4.2 小型化巴特勒矩阵性能分析72-75
• 3.4.3 多波束微带阵列天线75-79
• 3.5 本章小结79-80
• 第四章 小型化谐波抑制环形耦合器及威尔金森功分器80-92
• 4.1 概述80-81
• 4.2 小型化谐波抑制 180?环形耦合器81-89
• 4.2.1 基于传统环形耦合器的小型化谐波抑制环形耦合器81-86
• 4.2.2 基于 7λ/6 环形耦合器的小型化谐波抑制环形耦合器86-89
• 4.3 小型化谐波抑制威尔金森功分器89-90
• 4.4 本章小结90-92
• 第五章 结论与展望92-94
• 5.1 本文的主要工作和贡献92-93
• 5.2 下一步工作的展望93-94
• 致谢94-95
• 参考文献95-106
• 攻读博士学位期间取得的成果106-107

  本文关键词：微波毫米波集成无源电路研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：254906