毫米波单支线耦合器及其在混频器中的应用

论文摘要

定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器。它在微波系统中应用非常广泛。本文介绍了一种结构简单,制作方便的定向耦合器一单支线定向耦合器。并把这种结构的耦合器应用在W波段单平衡混频器中。在引言中,简要地介绍了定向耦合器和毫米波混频器的发展动态。在单支线定向耦合器的研究过程中,首先介绍了定向耦合器的基本技术指标,在此基础上详细讨论了单支线定向耦合器的工作原理。在分析设计单支线定向耦合器时,将奇偶模法与格林函数法结合起来,并借助于HFSS仿真软件对该耦合器优化设计,在W波段得到了较好的仿真与测试结果。在85GHz～91GHz频段上,两输出端幅度不平衡度小于1dB。各端口的回波损耗和隔离度均大于10dB。在接下来的测试结果分析中,提出了进一步改进的建议。为了验证单支线定向耦合器的实用性,采用该耦合器设计了W波段的单平衡混频器。本文在系统地分析了混频器的基本原理,技术指标和单平衡混频器的电路模型后,给出了应用单支线定向耦合器实现单平衡混频器的实现方案。在此基础上应用ADS仿真软件分析混频器的非线性工作状态,利用HFSS仿真软件精确地优化了单平衡混频器的匹配,并进行了电路的制作与测试。在90GHz—94GHz的频带内,混频器的变频损耗小于22.4dB。另外,本文对波导到微带的对极鳍线过渡和中频低通滤波器做了改进。仿真结果表明:鳍线过渡在85GHz～95GHz的频带内回波损耗大于28dB;低通滤波器的短路点带宽为21.5GHz。最后在结论中,总结出单支线定向耦合器可以成功地用于W波段的单平衡混频器中,这体现了它的实际应用价值。同时,也总结了课题所存在的不足,提出了改进的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波概述
• 1.2 定向耦合器发展动态
• 1.3 毫米波混频器发展动态
• 1.4 论文工作
• 第二章 单支线定向耦合器基本理论
• 2.1 定向耦合器概述
• 2.1.1 定向耦合器的技术指标
• 2.1.2 对称定向耦合器的散射矩阵
• 2.1.3 常见的几种微带线定向耦合器
• 2.1.3.1 微带耦合线定向耦合器
• 2.1.3.2 微带双支线定向耦合器
• 2.1.3.2 微带环形定向耦合器
• 2.1.4 应用奇偶模理论分析定向耦合器
• 2.2 应用格林函数分析平面单端口矩形电路
• 2.2.1 波动方程和边界条件
• 2.2.2 电路参数的确定
• 2.3 单支线定向耦合器
• 2.4 小结
• 第三章 毫米波混频器基本理论
• 3.1 混频器基本知识
• 3.1.1 肖特基势垒二极管
• 3.1.2 混频器的分类
• 3.1.3 混频器的技术指标
• 3.1.3.1 变频损耗
• 3.1.3.2 噪声系数
• 3.1.3.3 端口隔离度
• 3.1.3.4 动态范围
• 3.2 单平衡混频器电路模型及原理
• 3.3 小结
• 第四章 单支线定向耦合器研究
• 4.1 X波段单支线定向耦合器的设计与测试
• 4.2 W波段单支线定向耦合器研制
• 4.2.1 W波段单支线定向耦合器的设计
• 4.2.2 测试与测试结果
• 4.2.3 结果分析与改进建议
• 4.3 小结
• 第五章 毫米波平衡混频器研制
• 5.1 W波段单平衡混频器的实现方案
• 5.2 对极鳍线过渡的改进
• 5.3 中频低通滤波器的设计与改进
• 5.4 二极管的选取与建模分析
• 5.5 平衡混频器的总体仿真与测试
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕士期间的研究成果