半集总参数高灵敏度接收机前端系统的研究

论文摘要

随着无线通信技术的高速发展,人们对接收机的灵敏度和抗干扰能力提出了越来越高的要求。高温超导接收机因其卓越的性能受到了广泛的关注。本文首先介绍了超导材料的发展历程和发展趋势,对课题的背景和难度进行了详细的阐述。然后论述了高温超导接收机前端系统及其关键部件的基本理论,并给出了课题指标和方案。接着结合所确定的指标设计了一个准椭圆函数高温超导滤波器、一个切比雪夫函数高温超导滤波器和一个低温低噪声放大器。最后,给出了接收机前端系统的测试结果,并对测试结果作出了详细的分析。本课题所研制的前端系统主要由前置高温超导滤波器和低温低噪声放大器组成。系统工作于液氮温区,工作频率为VHF波段。由于频率较低,本课题的难度主要体现在以下两个方面:第一,常规结构的滤波器尺寸过大,很难在2英寸的超导基片上实现;第二,由于温度和频率都比较低,E-PHEMT低噪声晶体管反射性能和稳定性都比较差。针对以上问题,在高温超导滤波器的设计中采用了半集总参数思想,从而有利于缩小滤波器的物理尺寸;在低温低噪声放大器的设计中采用了串联负反馈、并联负反馈和电阻性负载的方法,以改善其反射性能和提高稳定性。最终研制出半集总参数高灵敏度接收机前端系统样机,在74K工作温度下,测得通带为290MHz～294MHz,通带内噪声系数<0.7dB,增益23.7dB,反射系数<-12dB,最小可检测信号-107.3dBm,系统动态范围96.3dB,偏离中心频点±9MHz处的带外抑制大于40dB,体现了高温超导接收机高灵敏度和带外强抗干扰能力的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超导技术的发展
• 1.2 高温超导接收机前端系统概述
• 1.3 课题背景及意义
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 接收机的基本理论
• 2.1 接收机的主要技术指标
• 2.1.1 接收机噪声
• 2.1.2 接收机灵敏度
• 2.1.3 接收机线性度
• 2.1.3.1 1dB 增益压缩点
• 2.1.3.2 三阶交截点
• 2.1.4 接收机动态范围
• 2.1.5 接收机选择性
• 2.2 接收机前端系统的设计
• 2.2.1 接收机前端系统的方案选择
• 2.2.2 接收机前端系统的指标
• 第三章 高温超导滤波器的理论与设计
• 3.1 滤波器的基本理论
• 3.1.1 滤波器的参数指标
• 3.1.2 滤波器的基本类型
• 3.1.3 滤波器的设计方法
• 3.1.3.1 低通原型滤波器
• 3.1.3.2 频率变换
• 3.1.3.3 耦合系数和外部品质因数
• 3.2 HTS 滤波器的设计
• 3.2.1 滤波器指标的确立
• 3.2.2 谐振器的选择与分析
• 3.2.3 耦合系数和外部品质因数的获取
• 3.2.3.1 耦合系数的计算
• 3.2.3.2 外部品质因数的计算
• 3.2.4 滤波器电磁仿真
• 3.2.5 切比雪夫HTS 滤波器的设计
• 3.2.6 实际加工制作
• 第四章 低温低噪声放大器的理论与设计
• 4.1 LNA 的基本原理
• 4.1.1 LNA 的组成
• 4.1.2 微波晶体管
• 4.1.2.1 微波晶体管的类型
• 4.1.2.2 微波晶体管的选择
• 4.1.3 LNA 的性能指标
• 4.1.3.1 增益和增益平坦度
• 4.1.3.2 噪声
• 4.1.3.3 稳定性
• 4.2 低温低噪声放大器的设计
• 4.2.1 晶体管的选择
• 4.2.2 直流偏置电路的设计
• 4.2.3 晶体管S 参数的扫描
• 4.2.4 稳定性设计
• 4.2.5 匹配电路的设计
• 4.2.6 优化和联合仿真
• 4.2.7 实际加工制作
• 4.2.7.1 电路PCB 版图的设计
• 4.2.7.2 屏蔽盒的设计
• 4.2.7.3 电路装配与调试
• 第五章 接收机前端系统的测试
• 5.1 低温测试系统
• 5.2 HTS 滤波器的测试
• 5.3 低温LNA 的测试
• 5.4 前端系统的测试
• 5.4.1 S 参数及噪声的测试
• 5.4.2 P1dB 的测试
• 5.4.3 三阶交调的测试
• 5.4.4 灵敏度及动态范围的计算
• 5.5 测试小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果