發(fā)布時間：2020-04-08 08:21

【摘要】：移相器在相控陣?yán)走_(dá),現(xiàn)代移動通信,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之中都發(fā)揮著重要的作用。盡管其已經(jīng)發(fā)展了幾十年,但在帶寬、體積和成本等方面仍然存在著各種不足。研究和設(shè)計新型且實用的寬帶移相器,一直是學(xué)術(shù)研究的熱點。本文針對移相器的寬帶化、輕量化、多功能、低成本的發(fā)展趨勢,提出了基于多模諧振理論的新型寬帶移相器,并緊緊圍繞著的基本理論、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計方法展開。具體來說,本文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:1、本文提出基于多模諧振理論的寬帶移相器的設(shè)計方案。提出利用多模諧振器激勵的多個諧振模式來自由調(diào)節(jié)其插入相移的斜率,從而實現(xiàn)任意移相值的寬帶移相器。對于給定的幅度響應(yīng)和相位響應(yīng),利用提取的移相器傳輸線模型結(jié)合微波網(wǎng)絡(luò)分析,給出了具體的綜合設(shè)計方法�？蓪⒕C合的電路參數(shù)直接映射到移相器的物理尺寸中,無需使用復(fù)雜的全局優(yōu)化算法。相對于傳統(tǒng)的寬帶移相器,其具有尺寸小、帶寬寬、移相值大等優(yōu)點。2、本文針對枝節(jié)加載型寬帶移相器工作帶寬較小的缺點,提出了利用多模諧振器擴(kuò)展其工作帶寬的設(shè)計方案。針對移相器的設(shè)計需同時考慮幅度響應(yīng)和相位相移,且其工作帶寬是相移帶寬和幅度帶寬兩者的交集。本文利用回波損耗表征幅度響應(yīng),利用相位誤差和移相值表征相位響應(yīng)。詳細(xì)研究了這些參量對移相器的相移帶寬和幅度帶寬的影響,使得相移帶寬和幅度帶寬兩者之間的交集最大化,并且給出了寬帶移相器的精確綜合設(shè)計方法。解決了傳統(tǒng)的移相器綜合方法無法在設(shè)計中確定移相器的工作帶寬及相位誤差的問題。3、本文提出基于n階諧振網(wǎng)絡(luò)的寬帶移相器的設(shè)計方案,首次提出了濾波移相器的概念,并可以同時實現(xiàn)多路多相移值輸出的功能。通過對諧振器網(wǎng)絡(luò)的相移特性的分析,研究了其網(wǎng)絡(luò)階數(shù)、插入損耗及工作帶寬與相位斜率之間的關(guān)系,并且推導(dǎo)出了對于任意級聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的閉式公式。根據(jù)所提出新的移相器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),濾波移相器工作帶寬和濾波特性可以任意設(shè)計。本文設(shè)計了3階切比雪夫濾波響應(yīng)的90度移相器(帶寬15%),以及5階切比雪夫濾波響應(yīng)的45度、90度、135度和180度的4路移相器(帶寬20%)。4、本文提出了基于階躍阻抗多模諧振器的寬帶濾波移相器的設(shè)計方案,采用兩個階躍阻抗多模諧振器構(gòu)成寬帶移相器的主通路和參考通路。通過調(diào)整阻抗比來控制多個諧振模式,同時實現(xiàn)寬頻帶內(nèi)恒定的移相值輸出和所需的濾波響應(yīng)。我們給出了簡單高效的寬帶濾波移相器綜合方法,實現(xiàn)了兩路輸出的幅度帶寬相等,并可以任意設(shè)計給定的移相值、帶內(nèi)回?fù)p和工作帶寬。我們綜合設(shè)計了4階切比雪夫濾波響應(yīng)的90度寬帶移相器(帶寬48%)和4階切比雪夫濾波響應(yīng)的45度寬帶移相器(帶寬66%),相位誤差分別為2.3度和2.0度。5、本文提出了基于枝節(jié)加載多模諧振器實現(xiàn)廣義切比雪夫濾波響應(yīng)寬帶移相器的設(shè)計方案,枝節(jié)加載多模諧振器不但可以產(chǎn)生三個諧振模式,而且可以產(chǎn)生一對有限傳輸零點,所有的諧振模式和傳輸零點都可以定量自由控制。我們首次分析了引入有限傳輸零點對寬帶移相器的性能的影響,發(fā)現(xiàn)基于多模諧振理論的移相器的相位特性由諧振模式所確定。當(dāng)諧振模式保持不變時,引入的有限傳輸零點對相位帶寬的影響很小,然而可以顯著提高頻率選擇性。我們采用兩個枝節(jié)加載多模諧振器來構(gòu)成移相器的主通路和參考通路。一方面,通過調(diào)節(jié)多模諧振器的諧振模式實現(xiàn)指定帶寬的的寬帶相移輸出;另一方面,通過調(diào)節(jié)加載枝節(jié)的阻抗比實現(xiàn)傳輸零點任意可調(diào)的廣義切比雪夫濾波響應(yīng)。所提出的寬帶濾波移相器的工作帶寬,零點位置、移相值、相位誤差都可以精確綜合設(shè)計。
【圖文】：

圖 1.1 寬帶移相器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由主通路和參考通路構(gòu)成1、謝夫曼（Schiffman）型寬帶移相器學(xué)術(shù)著作中最早出現(xiàn)的寬帶移相器電路結(jié)構(gòu)是由 B.M.Schiffman 于 1958 年在文獻(xiàn)[19]中率先提出的窄邊耦合型移相器, 后來該結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為謝夫曼（Schiffman）移相器[19-37]。經(jīng)典的Schiffman 移相器由一條參考均勻傳輸線和一條折合的邊緣耦合傳輸線構(gòu)成，其寬帶相移原理是通過改變耦合線段的耦合度來實現(xiàn)傳輸相位的相位斜率自由調(diào)節(jié)，使得兩傳輸線間的相位斜率相等，從而實現(xiàn)兩者的相位差在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持不變。研究結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)相對工作帶寬約 80%，帶內(nèi)的相位偏差為±10 度。原始的謝夫曼移相器的電路結(jié)構(gòu)、基本原理和相移響應(yīng)如圖 1.2 所示。J. L. Quirarte 在文獻(xiàn)[20]中給出了經(jīng)典 Schiffman 移相器關(guān)于耦合度、移相值、相位偏差以及工作帶寬的綜合設(shè)計理論。S43= Φr

京郵電大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論結(jié)構(gòu)。V. P. Meschanov 等在文獻(xiàn)[27]中進(jìn)一步擴(kuò)展了級聯(lián)型 Schiffman 移相器的概念，提出多級耦合線段串并聯(lián)形式相結(jié)合的移相結(jié)構(gòu)。該移相器理論上可以在六倍頻的超寬帶范圍相對帶寬 143%）內(nèi)實現(xiàn)相位偏差小于±1.2 度的 90 度移相性能。然而，，Schiffman 移相器多級級聯(lián)需要過大的耦合度使得耦合間距太窄而無法加工(耦合度大于 2~3dB)，并且耦合若稍微偏離理想值會使得整個移相器的相位誤差迅速惡化。因此多級級聯(lián) Schiffman 移相并不實用，但是相移結(jié)構(gòu)的級聯(lián)為移相器擴(kuò)展相位帶寬提供了可行的設(shè)計思路。圖 1.3 給了幾種典型的謝夫曼（Schiffman）移相器多級級聯(lián)設(shè)計形式。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN623

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本文編號：2619118