微波通信系统中小型化混合环研究

论文摘要

随着电子信息系统向多功能、小型化、低成本方向快速发展,人们对系统级封装(System on Package,SoP)中各类高性能小型化微波无源元件的需求越来越强烈。因而,寻找适应SoP中高集成度和兼容性要求,又具有低插损、高功率容量等优点的新型微波无源元件集成技术变得很有必要。为此,本文对微波通信系统中关键无源元件之一的混合环耦合器进行了一些研究。本文的主要研究工作和创新点可归纳为:1)推导了传统混合环、带有反相器的混合环和不带反相器的混合环的一般化设计理论。2)推广了基于平行耦合线的反相器设计方程。据此提出了一款改进的Lange反相器,结合了带有开槽地板和悬浮电位导体的Lange耦合结构,并利用该反相器设计了一款大小为0.64λ工作在2.0 GHz的微带混合环。为进一步减小上述混合环的尺寸,利用T型线设计了一款大小为0.52λ的微带混合环。这两个混合环都具有较宽的工作带宽。3)基于带有反相器的混合环设计方程设计了一款基于双面平行带线(DSPSL)反相器的0.9/1.8 GHz双频混合环。导出了基于阶梯阻抗结构的双频混合环设计方程,设计了一款小型化双频混合环。为进一步减小尺寸,结合开路短截线和阶梯阻抗结构,设计了一款周长仅0.44λ的0.9/1.8 GHz双频混合环。以上研究制作了系列样品,测试与仿真结果吻合较好,从而验证了研究工作的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 混合环的应用
• 1.4 本文的主要工作和创新点
• 第二章 混合环的基本理论
• 2.1 混合环简介及其主要性能参数
• 2.2 传统混合环的基本原理
• 2.3 不带反相器的混合环一般化原理
• 2.4 带有反相器的混合环一般化原理
• 2.5 小结
• 第三章 小型化微带混合环研究
• 3.1 基本公式
• 3.2 基于平行耦合线的反相原理
• 3.2.1 二端口网络的镜像阻抗和传递函数
• 3.2.2 基于平行耦合线的反相器设计方程
• 3.3 改进Lange 反相器
• 3.3.1 Lange 耦合器的奇偶模特征阻抗
• 3.3.2 基于Lange 耦合结构的反相器
• 3.4 带有改进Lange 反相器的混合环设计
• 3.5 T 型线结构
• 3.6 混合环的改进设计
• 3.7 小结
• 第四章 基于双面平行带线（DSPSL）的小型化双频混合环研究
• 4.1 DSPSL 简介
• 4.1.1 DSPSL 的结构
• 4.1.2 DSPSL 的特征阻抗
• 4.2 DSPSL 反相器
• 4.3 带有DSPSL 反相器的小型化双频混合环设计
• 4.3.1 基本原理
• 4.3.2 仿真与测试
• 4.4 基于阶梯阻抗结构的小型化双频混合环设计
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 仿真与测试
• 4.5 基于开路短截线和阶梯阻抗结构的小型化双频混合环设计
• 4.5.1 基本原理
• 4.5.2 仿真与测试
• 4.6 三款小型化双频DSPSL 混合环的比较
• 4.7 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果