【摘要】：現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展,促使射頻電路對(duì)微波器件的性能要求越來(lái)越高。工作在多個(gè)頻段或集成多種功能的微波器件可以精簡(jiǎn)電路結(jié)構(gòu)、降低損耗,因此高性能微波器件的研究成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。作為微波網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分,耦合器和功率分配器具有功率分配或合成的功能,廣泛應(yīng)用于各種射頻電路設(shè)計(jì)中。定向耦合器具有無(wú)耗互易以及所有端口均匹配的特點(diǎn),不但可以用于天線陣的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),還可以應(yīng)用于功率合成放大器中以增加設(shè)計(jì)自由度和提升輸入、輸出反射系數(shù)。Gysel功分器在Wilkinson功分器的基礎(chǔ)上改進(jìn)了結(jié)構(gòu),解決了功分器不能充分散熱的問(wèn)題,為高功率應(yīng)用場(chǎng)景中的功率分配及合成提供了解決方案。本文針對(duì)微波電路的應(yīng)用趨勢(shì)和設(shè)計(jì)熱點(diǎn),對(duì)定向耦合器和Gysel功率分配器的優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索,并將其與微波新技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)了具有優(yōu)越性能的定向耦合器以及Gysel功率分配器。論文中取得的成果和研究工作可概括如下:1.提出了雙頻帶小型化的3 dB定向耦合器以及具有諧波抑制功能且以大功分比輸出的定向耦合器。首先,通過(guò)研究Π形傳輸線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生雙頻特性的機(jī)理以及雙傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化原理,將二者結(jié)合提出了π形雙傳輸線模型,將其應(yīng)用于傳統(tǒng)耦合器中可以得到同時(shí)工作在兩個(gè)頻帶的小型化3 dB定向耦合器。其次,通過(guò)分析T型結(jié)構(gòu)傳輸線中并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)對(duì)傳輸零點(diǎn)的影響,結(jié)合雙邊平行帶線技術(shù)在相同微帶線寬時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高阻抗的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了兼有諧波抑制功能、大功率分配比輸出以及結(jié)構(gòu)小型化的定向耦合器。最后通過(guò)兩款定向耦合器的仿真、加工和測(cè)試說(shuō)明了其性能優(yōu)勢(shì)。2.設(shè)計(jì)了一款雙頻帶大功率分配比輸出的Gysel功分器和一款四頻帶Gysel功分器。首先,文中以傳統(tǒng)兩路輸出Gysel功分器為基礎(chǔ),在兩個(gè)負(fù)載端口之間的傳輸線上加載3個(gè)并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)得到了具有雙頻特性的Gysel功分器。還研究了缺陷地板結(jié)構(gòu)及其通過(guò)提高微帶線電抗分量從而提升阻抗的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了新型DGS結(jié)構(gòu)并加載到雙頻功分器中,獲得了大功分比輸出的雙頻帶Gysel功分器。其次,文中還分析了終端短路耦合線的鏡像阻抗和插入相位,結(jié)合奇偶模阻抗比推導(dǎo)了耦合線電長(zhǎng)度的四個(gè)解,以多組耦合線構(gòu)成π形網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)整相位,提出的新型阻抗變換器可在三個(gè)設(shè)計(jì)頻點(diǎn)和一個(gè)關(guān)聯(lián)頻點(diǎn)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻抗變換功能和±90°的相移,基于此設(shè)計(jì)了四頻帶Gysel功分器。最后通過(guò)兩款Gysel功率分配器的仿真、加工和測(cè)試對(duì)上述設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了驗(yàn)證。3.提出了以任意功分比輸出功率的單頻帶Gysel功分器的推廣結(jié)構(gòu)。文中以傳統(tǒng)單頻帶Gysel功率分配器為基礎(chǔ),打破傳輸線長(zhǎng)度固定于λ/4的限制,首次采用電長(zhǎng)度和特征阻抗同時(shí)可調(diào)的傳輸線設(shè)計(jì)了一般性的Gysel功分器。采用改進(jìn)的奇偶模分析方法,推導(dǎo)了電路的閉式設(shè)計(jì)方程,結(jié)果表明傳統(tǒng)的單頻帶Gysel功分器的設(shè)計(jì)方程僅為本文提出的設(shè)計(jì)方程的特解,從理論上說(shuō)明了本文提出的這款Gysel功分器具有一般性結(jié)構(gòu),是傳統(tǒng)Gysel結(jié)構(gòu)的推廣。由于引入了更多設(shè)計(jì)參數(shù),基于此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的單頻帶Gysel功分器在實(shí)現(xiàn)不等功率分配比輸出時(shí)可選擇方案多、靈活性高且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,這在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中是很難實(shí)現(xiàn)的。相較于采用復(fù)雜技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率分配比輸出的其他功分器結(jié)構(gòu),文中提出的推廣結(jié)構(gòu)更適合于高功率應(yīng)用場(chǎng)景。文中加工了兩個(gè)以不同功率分配比輸出的Gysel功分器,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)理論的正確性且實(shí)物測(cè)試結(jié)果說(shuō)明了該模型的優(yōu)越性能。4.將單頻Gysel功分器的推廣結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到雙頻應(yīng)用中,設(shè)計(jì)了頻率比大于3的雙頻帶Gysel功分器。文中將單頻帶Gysel功分器的推廣結(jié)構(gòu)與任意線長(zhǎng)傳輸線的π形等效結(jié)構(gòu)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了雙頻應(yīng)用的擴(kuò)展。通過(guò)對(duì)傳輸線特征阻抗以及電長(zhǎng)度等參數(shù)的研究,展示了可實(shí)現(xiàn)的輸出功率分配比和頻率比范圍,說(shuō)明所設(shè)計(jì)的雙頻帶Gysel功分器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大功率分配比輸出及大頻率比輸出�；诶碚撃Ｐ臀闹羞�加工了兩款以不同功率分配比和頻率比輸出的Gysel功分器,實(shí)物測(cè)試結(jié)果說(shuō)明提出的模型具有優(yōu)越的性能。
【圖文】：

3(a) (b)圖1.1 文獻(xiàn)[4]中的波導(dǎo)定向耦合器圖1.2 文獻(xiàn)[11]中的耦合傳輸線定向耦合器在耦合器理論發(fā)展較為成熟后，近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)具有各種特定功能的耦合器進(jìn)行了深入研究，這些功能包括諧波抑制、寬頻帶、多頻帶及結(jié)構(gòu)小型化等[18]-[34]。要實(shí)現(xiàn)諧波抑制特性，主要是在工作頻率以外不需要的諧波處產(chǎn)生阻帶。目前廣泛使用的產(chǎn)生阻帶的方法主要有兩種，，第一種是加載并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)[18]-[22]，在以并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)頻率處產(chǎn)生阻帶，阻帶帶寬可以通過(guò)調(diào)節(jié)并聯(lián)枝節(jié)的電長(zhǎng)度和特征阻抗來(lái)控制。文獻(xiàn)[18]中詳細(xì)討論了 π 形結(jié)構(gòu)傳輸線中并聯(lián)枝節(jié)的帶阻特性以及調(diào)節(jié)傳輸零點(diǎn)和阻帶帶寬的方法。采用構(gòu)造的 π 形結(jié)構(gòu)傳輸線替換耦合器中的每一段分支線，設(shè)計(jì)出具有諧波抑制功能的Rat-Race耦合器

(a) (b)圖1.1 文獻(xiàn)[4]中的波導(dǎo)定向耦合器圖1.2 文獻(xiàn)[11]中的耦合傳輸線定向耦合器在耦合器理論發(fā)展較為成熟后，近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)具有各種特定功能的耦合器進(jìn)行了深入研究，這些功能包括諧波抑制、寬頻帶、多頻帶及結(jié)構(gòu)小型化等[18]-[34]。要實(shí)現(xiàn)諧波抑制特性，主要是在工作頻率以外不需要的諧波處產(chǎn)生阻帶。目前廣泛使用的產(chǎn)生阻帶的方法主要有兩種，第一種是加載并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)[18]-[22]，在以并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)頻率處產(chǎn)生阻帶，阻帶帶寬可以通過(guò)調(diào)節(jié)并聯(lián)枝節(jié)的電長(zhǎng)度和特征阻抗來(lái)控制。文獻(xiàn)[18]中詳細(xì)討論了 π 形結(jié)構(gòu)傳輸線中并聯(lián)枝節(jié)的帶阻特性以及調(diào)節(jié)傳輸零點(diǎn)和阻帶帶寬的方法。采用構(gòu)造的 π 形結(jié)構(gòu)傳輸線替換耦合器中的每一段分支線，設(shè)計(jì)出具有諧波抑制功能的Rat-Race耦合器
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN626

【參考文獻(xiàn)】

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1 林峰;多頻帶耦合器與功率分配器設(shè)計(jì)理論及其實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2013年

2 陳暢;高性能小型化微波無(wú)源器件研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

3 吳永樂(lè);基于傳輸線理論的廣義史密斯圓圖、擴(kuò)展型阻抗匹配器及多性能功率分配器研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

4 吳邊;無(wú)線通信中微波濾波器的比較設(shè)計(jì)法與應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

5 蘇濤;多路耦合器及其相關(guān)理論和技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2004年

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1 解磊;基于差分進(jìn)化算法的天線及定向耦合器優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[D];西安電子科技大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2624615