微波器件小型化及双频微波器件理论研究与设计

论文摘要

目前,无线通信系统多同时工作在多个频段上，无线设备小型化和便携性的要求也不断提升,这对射频微波器件的小型化、低成本等提出了更高的要求。微波器件的小型化和双频微波器件理论成为电磁场与微波技术领域的重要研究方向。本文基于传输线理论和微波网络分析方法,针对双频匹配理论、双频功率放大器设计、微波器件的小型化方法、双频无源器件设计理论及平面微带过桥设计理论等方面展开深入的研究。本论文的研究点和主要贡献包括：1.研究了针对随频率变化的复数负载阻抗的双频匹配理论,建立了多段传输线和开路枝节两种新型的双频匹配结构,解决了双频有源器件匹配电路的设计难题。论文推导出了这两种匹配结构的解析形式的数学表达式,并对其进行了仿真和实测验证。在此基础上,研究了双频功率放大器的偏置电路和稳定电路的设计理论,并针对论文所提出的双频匹配结构,采用GaN晶体管设计了双频功率放大器样机,进一步验证了本文所提出的双频匹配理论、双频偏置电路和稳定电路设计的正确性和有效性。2.针对п型四分之一波长传输线结构进行了深入的理论分析,建立了一种采用扇形枝节的小型化分支线耦合器设计方法。本文利用贝塞尔函数的渐进形式,推导出了采用扇形枝节的四分之一波长传输线的解析的参数设计数学表达式,并分析了该解的精确性和适用性。论文对该小型化分支线耦合器的带宽性能进行了研讨,分析了不同参数的扇形枝节和不同尺寸的传输线设计对耦合器带宽的影响,并提供了该耦合器的折衷设计参考。本文还针对该设计制作了两种分支线耦合器实例,进一步验证了该设计的有效性和性能。3.研究了п型双频匹配结构更为简洁的解析的数学表达式,并基于Bagley多边形结构,提出了一种新型的平面双频多路功分器设计方法。论文建立了双频Bagley功分器的等效电路,推导了严格的参数设计表达式,并总结了该功分器的设计流程。本文还研究了该功分器的设计特例,分析了各设计特性情况下该结构的适用性。论文制作了3路、5路功率分配器样机,并通过仿真和测试验证了该设计的正确性4.研究了小型化平面微带过桥和双频平面微带过桥的设计方法。本论文设计了一种小型的低设计复杂度的平面微带过桥结构,并推导了严格的参数设计表达式。通过电路仿真,验证了该设计的正确性。本文还制作了平面微带过桥实例,并在同一频段制作了多个其他过桥设计用作比较。测试结构证明了该设计的可行性,并通过对比证明了该过桥的性能优于其他几种设计。另外,本文基于п型双频四分之‘波长传输线设计了双频平面微带过桥,进行了实用性分析,并制作了设计实例,测试结果证明了该设计的有效性

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 研究现状与分析
• 1.2.1 微波器件的小型化设计
• 1.2.2 双频匹配结构及双频微波器件
• 1.3 本文的研究内容与章节安排
• 1.4 本文的研究工作的创新点
• 参考文献
• 第二章 微带线双频匹配结构与双频功放设计
• 2.1 引言
• 2.2 MSTL双频匹配结构理论分析与设计
• 2.3 OS双频匹配结构理论分析与设计
• 2.4 仿真、测试结果及比较分析
• 2.5 基于GaN晶体管的双频功放设计
• 2.5.1 T型传输线及双频偏置电路设计
• 2.5.2 仿真、测试结果及比较分析
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 基于扇形枝节的小型化平面分支线耦合器
• 3.1 引言
• 3.2 理论分析与结构设计
• 3.2.1 п型等效传输线
• 3.2.2 并联扇形枝节
• 3.2.3 RS耦合器
• 3.3 RS耦合器的性能分析
• 3.4 仿真、测试结果及比较分析
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 平面双频多路功分器研究与设计
• 4.1 引言
• 4.2 理论分析与结构设计
• 4.2.1 Bagley多边形功率分配器
• 4.2.2 п型双频匹配结构
• 4.2.3 双频功分器设计
• 4.3 设计特例及适用性分析
• 4.3.1 特例1及其适用性分析
• 4.3.2 特例2及其适用性分析
• 4.4 仿真、测试结果及对比分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 小型化及双频平面微带过桥研究与设计
• 5.1 引言
• 5.2 小型化平面微带过桥理论分析与设计
• 5.2.1 理论分析与结构设计
• 5.2.2 仿真、测试结果及对比分析
• 5.3 双频平面微带过桥理论分析与设计
• 5.3.1 理论分析与结构设计
• 5.3.2 测试结果及对比分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 总结及未来研究展望
• 附录A 缩略语表
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录