新型微波毫米波器件关键技术研究

发布时间：2017-04-27 21:07

  本文关键词：新型微波毫米波器件关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代无线通信技术的快速发展,微波毫米波无源器件作为通信系统的关键组件一直是射频工程领域的研究热点。小型化、多频/多模、低成本以及易于与有源系统集成成为主要的研究方向。近几年,各种结构新颖的无源器件,如基于新型人工介质和基片集成波导的滤波器、双工/多工器、相移器、定向耦合器、功率分配/合成器等相继被报道。然而,针对不同的无线通信应用领域,单种器件设计方法难以满足快速发展的应用需求。因此,本文面向高速发展的无线通信领域对新型微波毫米波器件的迫切应用需求,在分析总结已报道的各种设计方法的基础上,分别以人工介质和基片集成波导作为出发点,引入推导人工介质与基片集成波导的电磁传输与色散等特性,提出了多种适用于微波毫米波无线通信系统的新型无源器/组件的设计方法,完成了相关的理论分析、电磁仿真与实验验证,突破了其中存在的小型化和多频段等关键性技术问题,形成了覆盖信号滤波、能量过渡、功率合成、匹配吸波、收发双工和天线辐射等功能较为完整的微波毫米波通信电路与系统中的无源器件技术方案。研究内容主要分为以下4部分:1.基于新型平面结构人工介质吸波材料,提出了一种紧凑型矩形波导匹配终端设计方法。将新型平面结构人工介质加载到短路矩形波导末端,通过优化构成人工介质的金属谐振单元的尺寸大小,以及构成人工介质的介电材料的厚度等关键参数,使得加载有人工介质的矩形波导终端能无反射地完美吸收入射电磁波能量,以达到匹配目的。通过理论分析计算、电磁仿真优化以及物理实验验证相结合的方法,并利用多种人工介质结构,详细研究分析这种新型匹配终端的电磁波反射和匹配机理和性能。2.在常规金属开口谐振环人工介质单元的基础上,提出了一种改进型金属开口谐振环单元构造方法,并应用此种谐振环结构设计紧凑型微带带通滤波器、双工器等新型微波毫米波频率选择器件。将典型金属开口谐振环结构的其中一端与地平面通过金属化通孔直连,以构成具有非对称效应的新型谐振单元;进一步地,将多个这种新型谐振单元组合设计具有良好滤波性能的紧凑型滤波器、双工器等器件。本文通过详细机理分析、电磁仿真和实验研究验证了新型频率选择器件设计的有效性。3.基于金属单环多频谐振单元结构,提出了一种紧凑型平面单极子天线设计方法。这种金属谐振环具有多个谐振频率,将其作为平面单极子天线的电磁能量辐射单元,并通过良好的阻抗匹配设计,易于实现兼顾多频带工作和小型化两个特性。本文采用共面波导和微带线两种馈电方式,对比研究分析了的新型平面单极子天线的驻波比和辐射特性。4.基于鳍线探针、微带渐变等电磁能量转换传输技术,提出了基片集成波导至矩形波导、微带两种传输线的宽带过渡技术方法,并进一步探索了基于非对称鳍线探针的矩形波导至微带线的宽带小型化过渡法方法。同时,运用微带至基片集成波导渐变过渡的方法,提出基于HMSIW耦合电桥的高效率功率放大合成技术。本文采用理论推导、电磁仿真与应用验证相结合的方法,完成了基于SIW/HMSIW的能量过渡与功率合成技术研究与器件设计。
【关键词】：微波毫米波器件 人工介质材料 基片集成波导 匹配终端 滤波器 双工器 多频天线 宽带过渡、耦合电桥、功率合成
【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】：TN61
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 缩略词表15-16
• 第一章 绪论16-34
• 1.1 引言16-17
• 1.2 微波毫米波无源器件研究进展情况17-30
• 1.2.1 常规微波毫米波无源器件研究进展17-21
• 1.2.2 基于人工介质的微波毫米波无源器件研究进展21-26
• 1.2.3 基于基片集成波导的微波毫米波无源器件研究进展26-29
• 1.2.4 基于组合技术的微波毫米波无源器件研究进展29-30
• 1.3 主要研究内容与贡献30-32
• 1.4 论文结构与章节安排32-34
• 第二章 人工介质与基片集成波导基本理论34-55
• 2.1 引言34
• 2.2 人工介质基本理论及分析方法34-44
• 2.2.1 基本方程34-36
• 2.2.2 介质介电常数色散模型36-38
• 2.2.3 介质参数提取方法38-41
• 2.2.4 人工介质的奇异电磁特性41-44
• 2.3 基片集成波导基本理论和分析方法44-49
• 2.3.1 基片集成波导场分布与色散特性45-48
• 2.3.2 基片集成波导等效宽度与衰减特性48-49
• 2.4 半模基片集成波导基本理论和分析方法49-54
• 2.4.1 HMSIW的场分布与色散特性50-52
• 2.4.2 HMSIW的等效宽度与衰减特性52-54
• 2.5 本章小结54-55
• 第三章 基于人工介质的匹配终端技术55-68
• 3.1 引言55-56
• 3.2 介质分界面的菲涅尔方程56
• 3.3 基于人工介质的矩形波导匹配终端56-61
• 3.4 匹配终端的人工介质单元结构研究61-67
• 3.5 本章小结67-68
• 第四章 基于人工介质的滤波器件技术68-81
• 4.1 引言68
• 4.2 改进型人工介质单元耦合结构68-70
• 4.3 基于改进型人工介质单元的带通滤波器70-73
• 4.4 基于改进型人工介质单元的双工器73-77
• 4.5 基于改进型人工介质单元的二阶带通滤波器77-80
• 4.6 本章小结80-81
• 第五章 基于人工介质的多频天线技术81-86
• 5.1 引言81
• 5.2 多频天线结构设计81-83
• 5.3 多频天线仿真与测试83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 基于SIW的过渡与功率合成技术86-107
• 6.1 引言86
• 6.2 基片集成波导的宽带过渡技术86-98
• 6.2.1 基片集成波导至矩型波导的宽带过渡86-91
• 6.2.2 矩形波导至微带线的宽带过渡91-96
• 6.2.3 基片集成波导至微带线的宽带过渡96-98
• 6.3 基于HMSIW耦合电桥的功率合成技术98-106
• 6.3.1 基于HMSIW的耦合电桥101-104
• 6.3.2 基于耦合电桥的功率合成104-106
• 6.4 本章小结106-107
• 第七章 全文总结与展望107-110
• 7.1 全文总结107-108
• 7.2 后续工作展望108-110
• 致谢110-111
• 参考文献111-125
• 个人简历125-126
• 攻读博士学位期间取得的研究成果126-130
• 攻读博士学位期间参与的科研项目130-131

  本文关键词：新型微波毫米波器件关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：331410