基于耦合传输线结构的新型微波器件研究与设计

论文摘要

一方面，耦合结构是射频／微波电路与系统的重要单元，不仅可以传输信号，而且还可以构造各种射频和微波器件。另一方面，在高速和高密度的集成电子系统中，信号线之间由于耦合效应产生的串扰降低了系统的信噪比，必须加以消除。因此，在射频／微波电路与系统中，开展对耦合结构及其耦合效应的研究是非常必要的。但是，传统的研究领域常常集中在耦合器和滤波器两个方面，而其它方面的研究和应用则相对不足。本论文正是基于拓展耦合结构的应用范围而开展的，不仅提出了一些新型结构的滤波器，而且将耦合结构应用于功率分配器领域。同时，对多信号线之间的串扰也进行了研究，并提出了有效的消除方法。主要内容为：1．基于叉形结构的新型超宽带带通滤波器研究。通过对传统的平行耦合双线结构进行修正，获得性能良好的叉形谐振器，并由此设计新型结构的滤波器。不仅使得传统的耦合结构易于加工，而且增加了线间耦合从而展宽了滤波器的工作带宽。2．基于微带／共面波导宽边耦合综合结构的新型低通滤波器研究。与传统的微带开路分支线低通滤波器不同，这种混合结构利用宽边电磁耦合原理将微带开路谐振器和共面波导短路谐振器组合在一起，不仅能有效地抑制高次谐波而且还增加了滤波器的阻带宽度和深度。3．基于微带／共面波导宽边耦合综合结构的新型双频段宽带带通滤波器研究。通过宽边电磁耦合将共面波导开路谐振器与微带开路谐振器组合在一起，得到的滤波器表现出良好的双通带特性：两个通带内有较低的插入损耗、良好的回波损耗以及通带之间有足够高的隔离度。4．基于微带／共面波导宽边耦合综合结构的新型超宽带带通滤波器研究。通过宽边电磁耦合将共面波导开路／短路谐振器与微带主传输线／平行耦合开路谐振器组合在一起，得到的滤波器表现出良好的超宽带特性：良好的回波损耗、陡峭的通带到阻带之间的过渡以及有宽、深的上阻带衰减。5．基于微带双线／三线耦合结构的新型平面六路功分器研究。通过折叠耦合双线“两路”威尔金森功分器与两个由微带耦合三线结构构造的“三路”功分器混合级联展开，得到的六路功分器表现出良好的特性，包括宽频带、低插损，以及在中心频点附近有良好的回波损耗和较高的隔离度。6．多导体传输线线间串扰的分析及其消除方法。终端匹配技术、信号线之间添加接地防护线以及将微带结构改造为带状线结构等是消除串扰的三种常用方法。但是，这三种方法通常单独应用，因此，消除效果不太理想。本文将三种方法综合应用，得到了比较理想的串扰消除效果。总之，耦合结构及其耦合效应的应用领域非常广泛。本课题所涉及到的诸多方面为开拓耦合线技术的更广泛应用提供了有建设性的方案，并可以应用于工程实际。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 21世纪以前基于耦合结构的电路与器件研究概况
• 1.2.1.1 定向耦合器
• 1.2.1.2 滤波器
• 1.2.1.3 其它耦合元件
• 1.2.1.4 共面波导元件
• 1.2.2 21世纪以来基于耦合结构的电路与器件研究进展
• 1.2.2.1 基于微带/共面波导混合结构的超宽带带通滤波器
• 1.2.2.2 微带耦合结构应用的拓展
• 1.2.2.3 基于多层耦合结构的微波电路
• 1.2.2.4 基于有限地平面耦合结构的微波电路
• 1.2.2.5 基于缺陷地耦合结构的微波电路
• 1.3 本论文研究内容与章节安排
• 第二章 耦合传输线基本理论
• 2.1 耦合结构及类型
• 2.2 耦合原理
• 2.2.1 对称双线耦合理论
• 2.2.2 微带不对称双线耦合理论
• 2.2.2.1 不对称耦合传输线参数
• 2.2.2.2 耦合双线的等效电路
• 2.2.3 微带对称三线耦合理论
• 2.3 小结
• 第三章 基于耦合结构的新型微波滤波器
• 3.1 基于微带叉形谐振器耦合结构的超宽带带通滤波器
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 微带超宽带带通滤波器的分析与设计
• 3.1.2.1 微带对称三线耦合单元的电路描述
• 3.1.2.2 叉形谐振器的电性能分析
• 3.1.3 实验与分析
• 3.1.4 结论
• 3.2 基于微带/共面波导宽边耦合混合结构的低通滤波器
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 传统微带椭圆低通滤波器的分析与设计
• 3.2.3 微带/共面波导宽边耦合低通滤波器的分析与设计
• 3.2.3.1 低通滤波器的工作原理
• 3.2.3.2 低通滤波器的性能分析
• 3.2.3.3 低通滤波器的综合设计
• 3.2.4 实验与分析
• 3.2.5 结论
• 3.3 基于微带/共面波导宽边耦合的双频宽带带通滤波器
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 双频宽带滤波器的分析与设计
• 3.3.2.1 双频设计技术
• 3.3.2.2 双频滤波器的工作机理
• 3.3.2.3 双频滤波器几何参数的扫描分析
• 3.3.2.4 双频滤波器的综合设计
• 3.3.3 实验与分析
• 3.3.4 结论
• 3.4 基于微带/共面波导宽边耦合结构的超宽带带通滤波器
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 超宽带滤波器的分析与设计
• 3.4.2.1 超宽带滤波器的工作机理
• 3.4.2.2 超宽带滤波器几何参数的扫描分析
• 3.4.2.3 超宽带滤波器的综合设计
• 3.4.3 实验与分析
• 3.4.4 结论
• 3.5 小结
• 第四章 基于耦合结构的平面六路功分器
• 4.1 引言
• 4.2 平面六路功分器的分析与设计
• 4.2.1 六路功分器的分析
• 4.2.1.1 基于折叠耦合双线结构的"两路"功分器
• 4.2.1.2 基于对称三线耦合结构的"三路"功分器
• 4.2.2 六路功分器的综合设计
• 4.3 实验与分析
• 4.4 小结
• 第五章 多导体传输线线间串扰的分析与综合消除方法
• 5.1 引言
• 5.2 串扰的分析与预测
• 5.2.1 串扰模型与多导体传输线方程
• 5.2.2 单位长度分布参数的提取
• 5.2.3 串扰的分析与预测
• 5.2.3.1 频域感性-容性耦合模型
• 5.2.3.2 时域感性-容性耦合模型
• 5.2.3.3 无耗多导体传输线的PSPICE精确模型
• 5.2.3.4 串扰的时域分析与仿真
• 5.3 消除串扰的综合设计
• 5.3.1 终端匹配技术
• 5.3.2 接地技术
• 5.3.3 带状线布线技术
• 5.3.4 消除串扰的综合设计
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果