Ku波段数字移相器研究

论文摘要

移相器是相控阵天线中的关键器件,天线的扫描速度和精度与移相器的性能息息相关。按照控制方式的不同可将移相器分为模拟式和数字式两类,其中数字式移相器在移动卫星通信系统中应用较为广泛。数字移相器的位数越多,天线对波束的控制就越精确,但是移相器的设计难度也就越大,如果能设计出性能较好的数字移相器将非常具有实用价值。本文主要针对Ku波段六位PIN管微带数字移相器进行了研究。首先对Ku波段常见的三种PIN管微带数字移相器,包括加载线型移相器、开关线型移相器和反射型移相器的电路结构、移相原理、结构特点及设计方法等进行了详细的分析,为各移相单元具体电路结构的选择和仿真优化提供了理论支持,同时也对PIN二极管的等效电路形式、3dB分支电桥的工作原理以及移相器辅助电路的结构进行了分析、仿真。然后结合具体技术指标的要求确定了六位数字移相器的设计方案,5.625°、11.25°、22.5°、45°小相移的移相器均采用加载线型的结构,90°和180°大相移的移相器分别采用反射型和开关线型的结构,这样可以有效的提高相移精度和减小输入驻波比。在选择合适的电路结构后,根据理论分析和计算的结果,采用Agilent公司的ADS 2008射频仿真软件分别对每个移相单元进行原理图仿真,仿真时电路的输入、输出端口均与50Ω的负载相匹配。通过微调和优化,使移相器的插入损耗、输入驻波比和相移误差等参数满足设计要求,每个移相单元均达到设计要求后,再进行整体的级联仿真。采用相对介电常数为2.2,厚度为0.254mm的聚四氟乙烯介质基板实现Ku波段六位数字移相器的设计、仿真。仿真结果显示,该移相器的工作频率范围是11.7～12.2GHz,在工作频带内移相器的插入损耗小于2.6dB,输入驻波比小于1.35,级联后5.625°、11.25°、22.5°、45°和90°移相器的最大相移误差分别为1.228°、2.437°、3.692°、5.57°和7.032°,性能参数完全满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 课题研究的背景及意义
• 数字移相器的国内外发展现状
• 本文主要研究内容及论文结构
• 第一章 数字移相器
• 1.1 移相器的原理及分类
• 1.1.1 移相器的原理
• 1.1.2 移相器的分类
• 1.2 数字移相器的技术指标
• 1.3 Ku波段PIN管数字移相器
• 1.3.1 加载线型移相器
• 1.3.2 开关线型移相器
• 1.3.3 反射型移相器
• 本章小结
• 第二章 PIN二极管
• 2.1 PIN二极管的工作特性
• 2.1.1 直流特性
• 2.1.2 交流特性
• 2.1.3 交直流特性
• 2.2 PIN二极管的等效电路
• 2.2.1 PIN管芯等效电路
• 2.2.2 金丝键合技术的基本原理
• 2.2.3 PIN管芯接入微带电路后的等效电路
• 2.3 PIN二极管作为微波开关的技术指标
• 2.4 PIN二极管的建模
• 2.4.1 介质板材及二极管的选择
• 2.4.2 模型仿真
• 本章小结
• 第三章 Ku波段数字移相单元的研究
• 3.1 设计方案
• 3.2 加载线型移相器的设计
• 3.3 反射型移相器的设计
• 3.3.1 3dB双分支线电桥
• 3.3.2 移相器的设计
• 3.4 开关线型移相器的设计
• 本章小结
• 第四章 Ku波段六位数字移相器的研究
• 4.1 数字移相器辅助电路设计
• 4.1.1 偏置电路
• 4.1.2 直流电路
• 4.2 六位数字移相器的级联
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢