【摘要】：對(duì)稱定向耦合器在微波和毫米波電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛,隨著通訊技術(shù)的不斷發(fā)展,不論是軍用頻段還是民用頻段都有向更寬頻帶拓展的趨勢,所以對(duì)對(duì)稱定向耦合器的頻帶和性能都提出了更高的要求。然而單節(jié)平行線耦合器很難實(shí)現(xiàn)寬頻帶和高性能,所以就需要設(shè)計(jì)多節(jié)對(duì)稱耦合器,展寬頻帶和提高性能。對(duì)于多節(jié)對(duì)稱定向耦合器的設(shè)計(jì),如果采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法很難在短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化出好的結(jié)果,所以有必要提出一個(gè)更快速的對(duì)稱耦合器綜合優(yōu)化方法。本文在總結(jié)前人的成果基礎(chǔ)上,提出了一種新的對(duì)稱耦合器綜合設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。該方法首先將等波紋函數(shù)用勒讓德多項(xiàng)式展開,然后通過擬牛頓法和共軛梯度法求解勒讓德多項(xiàng)式的展開系數(shù)。數(shù)值結(jié)果表明該方法的收斂速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的冪級(jí)數(shù)展開方法,而且能夠?qū)﹄A數(shù)極高的對(duì)稱耦合器進(jìn)行性能優(yōu)化。為了驗(yàn)證綜合優(yōu)化方法的有效性,本文設(shè)計(jì)了一款寬帶對(duì)稱耦合器,頻率范圍為0.5-3GHz。綜合優(yōu)化方法對(duì)理想耦合線電路模型直接優(yōu)化出了好的結(jié)果,而由于沒有考慮各耦合節(jié)間的連接,所以還需在HFSS中進(jìn)一步優(yōu)化。在實(shí)際電路模型存在耦合節(jié)間不連續(xù)性問題,本文采用加載電容枝節(jié)進(jìn)行了改善,經(jīng)仿真與實(shí)物測試表明改善十分有效。耦合器的小型化也是目前發(fā)展的趨勢之一,對(duì)于反向定向耦合器小型化設(shè)計(jì),目前最主要的方法是采用彎折線法。雖然彎折線法會(huì)影響耦合器的隔離度,但總體來說對(duì)耦合器的性能影響比較小。另外,彎折線法也有很多局限性,比如,它一般適用于頻率1GHz以下的頻段,同時(shí)應(yīng)用在多節(jié)耦合器中會(huì)加大耦合器走線的難度。本文還創(chuàng)新的提出了可重構(gòu)法設(shè)計(jì)耦合器,給出了一種雙頻帶耦合器的建模方法,經(jīng)仿真驗(yàn)證可重構(gòu)實(shí)現(xiàn)耦合器確實(shí)可行。但是由于可重構(gòu)加入了PIN管,會(huì)惡化耦合器的性能�？芍貥�(gòu)法雖然會(huì)對(duì)耦合器的性能造成輕微的影響,但是能實(shí)現(xiàn)多個(gè)離散頻段的耦合器,同時(shí)能縮小耦合器尺寸67%以上,這些都是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不能達(dá)到的。
[Abstract]:Symmetrical directional coupler is widely used in microwave and millimeter-wave circuit design. With the development of communication technology, both military and civil frequency bands have the tendency to expand to wider frequency band. Therefore, the frequency band and performance of the symmetric directional coupler are required higher. However, it is difficult to achieve wide band and high performance of single parallel coupler, so it is necessary to design multi-section symmetric coupler to broaden the frequency band and improve performance. For the design of multi-section symmetric directional coupler, it is difficult to optimize the result in a short time if the traditional design method is adopted, so it is necessary to put forward a more rapid synthesis optimization method of symmetric coupler. In this paper, a new optimization method for the synthesis design of symmetric coupler is proposed on the basis of summing up the previous achievements. In this method, the equal-ripple function is first expanded by Legendre polynomials, and then the expansion coefficients of Legendre polynomials are solved by quasi-Newton method and conjugate gradient method. Numerical results show that the convergence rate of the proposed method is much faster than that of the traditional power series expansion method, and the performance of symmetric couplers with high order can be optimized. In order to verify the effectiveness of the synthetic optimization method, a broadband symmetric coupler with a frequency range of 0.5-3 GHz is designed in this paper. The synthetic optimization method directly optimizes the ideal coupled line circuit model, but it needs to be further optimized in HFSS because the connection between the coupling nodes is not considered. In the actual circuit model there exists the problem of coupling discontinuity between internodes. In this paper, the loaded capacitor segment is improved, and the simulation and physical test show that the improvement is very effective. The miniaturization of couplers is also one of the trends at present. The most important method for the miniaturization design of reverse directional couplers is the bending line method. Although the bending line method will affect the isolation of coupler, the overall effect on the performance of coupler is relatively small. In addition, bending line method has many limitations. For example, it is suitable for frequency band below frequency 1GHz, and it will increase the difficulty of coupler wiring when it is applied in multi-section coupler. This paper also proposes a new reconfigurable method to design couplers, and presents a modeling method of dual-band couplers. The simulation results show that reconfigurable couplers are feasible. However, the performance of the coupler will be deteriorated because of the reconfigurable addition of the PIN tube. Although the reconfigurable method has a slight effect on the performance of couplers, it can realize multiple discrete band couplers and reduce the size of couplers by more than 67%, which can not be achieved by traditional design methods.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN622

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本文編號(hào)：2282775