微波交指结构的机理及应用研究

论文摘要

微波器件的小型化是现代通信系统以及电子设备小型化的重要技术领域之一。目前,实现平面微波器件小型化的方法包括:采用具有慢波特性的周期性结构以及低温共烧陶瓷技术(LTCC)等。其中,具有慢波特性的周期性结构由于加工方便、成本低廉的优势受到研究者的广泛关注。本文将研究一种具有慢波特性的周期性结构——微波横向交指结构,主要包括交指结构的特点分析、设计公式的总结以及在器件小型化方面的应用等。论文共分六章。首先介绍交指结构的研究背景及应用到的软件,为交指结构的研究做准备。随后,论文简单介绍了微带传输线的基本理论,为研究做好铺垫。然后,论文对交指结构展开理论研究,列举了交指结构的几种不同模型,分别对其进行仿真分析,并进行比较。在此基础上,对其进行了理论分析,得出横向交指结构适宜小型化设计这一结论。接着,开始对横向交指结构的慢波特性展开研究。通过仿真发现,与相同物理长度的普通微带线相比,横向交指结构可以增加电长度从而利于小型化设计。本文通过对一系列不同尺寸参数的横向交指结构进行仿真,并总结出了用于计算交指结构相位的经验表达式。经多次仿真验证,这条经验表达式准确、可靠。最后,论文基于横向交指结构提出了两款新型小型化微带无源器件:方形谐振环双模式带通滤波器以及3dB双分支定向耦合器。设计结果表明,在保持传输特性一致的情况下,横向交指结构的慢波特性有效地缩小了微波器件的面积,而经验表达式的应用大大缩短了设计时间。而且,制作的实物样品的测试结果与仿真基本一致,也证明了表达式的准确性,从而为快捷设计基于横向交指结构的微波器件提供了一条新的技术路径。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 交指结构研究发展史
• 1.3 交指结构分析设计中的数值软件介绍
• 1.4 本论文主要内容与结构安排
• 第二章 微带传输线基本理论
• 2.1 均匀传输线理论
• 2.2 微带线及其相关特性
• 2.3 本章小结
• 第三章 微带交指结构的模型及分析
• 3.1 交指结构的类型与仿真分析
• 3.1.1 经典交指结构
• 3.1.2 交指结构的变形
• 3.1.3 横向交指结构
• 3.2 交指结构的理论分析
• 3.2.1 纵向交指结构理论分析
• 3.2.2 横向交指结构理论分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 微带交指结构的相位研究
• 4.1 相位特性
• 4.1.1 研究对象的选取
• 4.1.2 相位特性
• 4.2 相位表达式推导
• 4.2.1 确定参数变化范围
• 4.2.2 对各参数进行逐一分析
• 4.2.3 各参数经验表达式整合
• 4.2.4 验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 微带交指结构的应用
• 5.1 交指结构在方形谐振环滤波器中的应用
• 5.1.1 双模式带通滤波器相关理论
• 5.1.2 传统双模式带通滤波器的设计
• 5.1.3 基于交指结构双模式带通滤波器设计
• 5.1.4 误差分析
• 5.2 交指结构在3dB 双分支定向耦合器中的应用
• 5.2.1 双分支定向耦合器理论
• 5.2.2 传统3dB 双分支定向耦合器设计
• 5.2.3 基于交指结构的3dB 定向耦合器设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本论文的主要工作
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢