2GHz-18GHz超宽带功分器的研究与设计.pdf-资料库

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硕士学位论文题目: 2GHz-18GHz 超宽带功分器的研究与设计研究生雷文平专业集成电路工程指导教师邝小飞副教授完成日期 2015 年 12 月 ˝ • ‰ ˚

杭州电子科技大学硕士学位论文 2GHz-18GHz 超宽带功分器的研究与设计研究生：雷文平指导教师：邝小飞副教授 2015 年 12 月 ˝ • ‰ ˚

Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi university for the Degree of Master 2GHz-18GHz research and design of ultra- wideband power divider Candidate: Lei Wenping Supervisor: Associate Prof. Kuang Xiaofei December，2015 ˝ • ‰ ˚

杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日 ˝ • ‰ ˚

杭州电子科技大学硕士学位论文摘要功率分配器（功分器）作为微波通讯系统中的一个不可或缺的组成部分，其结构、板材的选取、自身性能将很大程度上影响射频系统的优劣和可靠性。因此，设计出具有低成本、高性能、超带宽的功分器不仅能很好的满足工程实际应用，也是新时期功分器的发展趋势。本论文致力于研究和设计一种可应用于相控阵雷达接收机上的超宽频率范围内的一分四路等功率分配器。为了满足项目的实际指标要求，本论文主要对功分器设计过程中基于如何扩展带宽、提高端口间的隔离度、降低插入损耗、保持相位一致等方面的工作进行了一系列的研究，在利用多节阻抗变换拓展功分器带宽方面创作出一种新公式计算每节1 4⁄ 波长线的尺寸。论文的主要研究内容介绍如下： 1）对国内外的超宽带功分器的研究动态和行业概况作了简要综述，并且概括性的介绍了功分器的发展历程。另外列出了本论文的主要工作以及预设指标； 2）分析了一个 2GHz~18GHz 超宽带四通道接收机系统工作原理，论证了一个该系统的最优设计方案。引出本论文的主要工作 —— 设计一个一分四路等功率 2GHz~18GHz 超宽带 Wilkinson 功分器； 3）阐述了三端口网络特性，阐述了功率分配器的基本工作原理，利用奇偶模分析方法分析了单节 Wilkinson 功分器的微带线阻抗和隔离电阻的计算。列出了常用于描述功率分配器设计过程中所用到的几个重要技术指标； 4）采用切比雪夫多节阻抗变换公式设计了一个一分四路等功率 2GHz~18GHz 超宽带 Wilkinson 功分器，同时利用本文作者精心创作的一种新型的可适用于 N 节阻抗变换器的公式设计的一分四路等功率 2GHz~18GHz 超宽带 Wilkinson 功分器。分别对两种设计方案给出了原理图的设计和仿真，并利用 ADS 软件对其进行了优化改进； 5）对比两种不同公式设计的超宽带功分器的仿真结果以及各自的特性，最终确定使用由本人推导出的新型公式的设计方案并把设计文件送出加工制造； 6）完成了超宽带功率分配器的装配和实物测试，最后对本文的研究工作进行总结。实测结果显示，用新公式所设计的一分四路等功率 2GHz~18GHz 超宽带 Wilkinson 型功率分配器的各端口隔离度优于 19dB，输入输出端口的驻波系数优于 1.5，插损小于 2dB，相位平衡度在 5°内。关键词：Wilkinson 功分器，超宽带，多路，微波电路设计 I ˝ • ‰ ˚

杭州电子科技大学硕士学位论文 Abstract Power divider as an indispensable component part of the microwave communication system, Its structure, selection of plank and its performance will largely influence the quality and reliability of the RF system. Therefore, Designed with low cost, high performance and ultra bandwidth power divider can very good satisfy practical engineering applications, which is the development trend of power dividers in the new period. This paper is devoted to the study and design a kind of power divider, which can be applied to phased array radar receiver on the super wide frequency range of the four roads. In order to meet the actual demand indicators of the project, this thesis mainly for power divider design process based on the degree of isolation between how to extend the bandwidth, improving the degree of isolation between ports, to reduce the insertion loss, and maintaining the phase of work carried out a series of research. The main researches content of the paper are presented as follows: 1）Briefly overviewed the current ultra-wideband power divider at home and abroad the research dynamic and industry overview, expounds the development course of power dividers. In addition, introduces the research content of this paper and the design index; 2）Analysis of a 2GHz to 18 GHz ultra-wideband four channels receiver system works, demonstrates an optimal design scheme of the system. Therefore drawing forth the main work of this paper ——a four way such as 2GHz-18 GHz ultra-wideband Wilkinson power divider; 3）Describes the three ports network characteristics, Expounds the basic principle of power divider , and using the odd-even mode analysis method to analyze the microstrip line impedance of single-section Wilkinson power divider and its isolation resistance calculation. Listing several important technical indicators which often be used to describe the power divider; 4）Using chebyshev section impedance transformation formula designed a a four way such as power 2GHz-18GHz ultra-wideband Wilkinson power dividers, At the same time using the author elaborate creation of a new formula, which can be applied to design a N- section impedance converter to design of four roads power 2GHz-18GHz ultra-wideband Wilkinson power dividers. At last separately in two design schemes for the design of schematic diagram and simulation, and by using ADS software on the optimization; 5 ） Comparison of two different formula design of the simulation results of ultra- wideband power dividers and their respective characteristics, Eventually determine the use of II ˝ • ‰ ˚

杭州电子科技大学硕士学位论文 the new formula which is deduced by myself design scheme and send design documents to the processing and manufacturing; 6）Completed the assembly of ultra-wideband power divider and physical test Finally, summarizes the research work of this paper. The measured results show that the four roads with new formula design of 2GHz to 18 GHz ultra broadband Wilkinson power divider at each port isolation is better than 19db, the standing wave coefficient of input and output ports are better than 1.5, its insertion loss is less than 2dB, and its phase balance between output ports within 5°. Keywords: Wilkinson power divider, Ultra-wideband, multichannel, Microwave circuit design III ˝ • ‰ ˚

杭州电子科技大学硕士学位论文目录摘要 ........................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 目录 ......................................................................................................................................... IV 第一章绪论 ............................................................................................................................... 1 1.1 研究背景与意义 .......................................................................................................... 1 1.2 功分器的发展 .............................................................................................................. 2 1.3 国内外研究动态 .......................................................................................................... 6 1.4 论文研究的重难点及创新点 ...................................................................................... 6 1.5 论文预设指标和章节内容安排 .................................................................................. 7 第二章 2GHz~18GHz 超宽带四通道接收系统设计方案 ...................................................... 9 2.1 射频接收机简介 .......................................................................................................... 9 2.2 2GHz~18GHz 超宽带四通道接收机系统概述和设计指标 .................................... 10 2.3 多路接收机系统方案论证 ........................................................................................ 10 2.3.1 多通道接收机系统的具体实现——方案一 ................................................ 10 2.3.2 多通道接收机系统的具体实现——方案二 ................................................ 12 第三章微波功率分配器的基本理论 .................................................................................... 15 3.1 三端口网络分析 ........................................................................................................ 15 3.2 功率分配器的主要技术指标 .................................................................................... 16 3.4 Wilkinson 功率分配器的奇偶模分析 ...................................................................... 18 3.4.1 偶模激励分析 ................................................................................................. 19 3.4.2 奇模激励分析 ................................................................................................. 20 第四章 2GHz~18GHz 超宽带 Wilkinson 功分器的设计和仿真 ......................................... 22 4.1 功率分配器的带宽拓展 ........................................................................................... 22 4.2 隔离电阻的阻值计算 ............................................................................................... 23 4.3 多节微带线尺寸的计算 ............................................................................................ 24 4.3.1 二项式变换器和切比雪夫变换器的特性 .................................................... 24 4.3.2 多节切比雪夫变换器的计算公式 ................................................................ 25 4.3.3 多节阻抗变换器的新型计算公式 ................................................................ 27 4.4 一分四路等功率 2GHz~18GHz 超宽带 Wilkinson 功分器的设计方案 ................ 29 4.4.1 利用切比雪夫公式设计的 2GHz~18GHz 功分器 ....................................... 29 4.4.2 采用新型公式计算设计的 2GHz~18GHz 功分器 ....................................... 36 IV ˝ • ‰ ˚

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