發(fā)布時間：2020-04-11 16:33

【摘要】：無線電技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代信息社會不可或缺的核心技術(shù)之一,在無線通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)、射電天文等各個軍事和商用領(lǐng)域具有重要而廣泛的應(yīng)用。射頻微波毫米波收發(fā)前端是無線電技術(shù)中的關(guān)鍵組成部分,是無線電產(chǎn)業(yè)中的硬件支撐。隨著現(xiàn)代無線電技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們對前端電路在低損耗、小型化、低成本、高集成度、高性能等方面已經(jīng)提出了越來越高的要求。本論文將基于介質(zhì)集成懸置線(Substrate Integrated Suspended Line,SISL)這一新型傳輸線結(jié)構(gòu),充分利用其多層結(jié)構(gòu)特點,在高性能、小型化、低損耗、低成本、高集成度、自封裝等方面,開展相關(guān)前端電路模塊的關(guān)鍵技術(shù)研究。本文的主要創(chuàng)新工作有:1.提出了加載補償枝節(jié)的技術(shù)途徑來提高耦合器的定向性,采用多階級聯(lián)以及金屬挖槽的方法來解決定向性補償過程中所導(dǎo)致的耦合度下降的問題�；赟ISL平臺,實現(xiàn)了兩種高定向性耦合器以及一種高性能巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò),具有低損耗、自封裝、高集成度的優(yōu)勢。2.提出了基于SISL自封裝平臺的曲折線慢波結(jié)構(gòu),通過縮小曲折線相鄰間隙形成窄邊耦合效應(yīng)從而增大慢波線的慢波系數(shù),并利用金屬化通孔實現(xiàn)兩層金屬層的互連以減小導(dǎo)體損耗。設(shè)計了兩種新型的慢波耦合器,具有電路尺寸小、設(shè)計靈活和自封裝的優(yōu)勢。3.提出了SISL集總參數(shù)電路的設(shè)計與實現(xiàn)方法,其電容和電感均在SISL平臺實現(xiàn),無需額外焊接表貼器件,具有成本低和損耗小的優(yōu)勢。設(shè)計了一種SISL二階集總參數(shù)耦合器電路,并通過調(diào)整內(nèi)部元件參數(shù)提高了其頻率帶寬。提出了基于雙層補償概念的高密度電容結(jié)構(gòu),并基于該補償型電容設(shè)計了一種集總參數(shù)巴倫,具有電路尺寸小、頻帶寬的優(yōu)點。首次提出了一種基于變壓器結(jié)構(gòu)的差分耦合器電路,且能對共模信號和交叉模信號同時進(jìn)行抑制。該差分耦合器基于SISL平臺實現(xiàn),與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比,具有尺寸小、頻帶寬的優(yōu)點。4.利用SISL結(jié)構(gòu)的自封裝和電磁屏蔽特性,將缺陷地電路以及槽線電路內(nèi)置在SISL多層板內(nèi),克服了傳統(tǒng)缺陷地結(jié)構(gòu)以及槽線電路在實際工程應(yīng)用中遇到的封裝和輻射問題。設(shè)計了一種具有阻帶抑制功能的SISL寬頻帶分支線耦合器,以及一種體積緊湊損耗低的寬頻帶SISL魔T,與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比具有高性能的優(yōu)勢。5.提出了幾種基于SISL結(jié)構(gòu)的貼片耦合器電路,在介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗、輻射損耗三個方面實現(xiàn)低損耗電路的設(shè)計,與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比,所設(shè)計的SISL貼片耦合器具有低損耗和自封裝的優(yōu)勢。首次提出了基于貼片和蜂窩結(jié)構(gòu)的新型SISL巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)。通過采用蜂窩形式的多腔體結(jié)構(gòu),使得復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)電路中的模塊之間具有較好的隔離度,能夠?qū)崿F(xiàn)具有較高集成度的復(fù)雜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。所設(shè)計的SISL巴勒矩陣網(wǎng)絡(luò)工作在24GHz頻段,并與天線陣列集成在同一SISL平臺上,具有較高的系統(tǒng)集成度。首次提出了一種完全采用貼片結(jié)構(gòu)的低損耗SISL移相器電路,其移相支路和參考線均采用三角貼片的形式,同時基于雙層金屬、介質(zhì)切除以及電磁屏蔽腔,實現(xiàn)了較低的電路損耗。所設(shè)計的SISL移相器工作在24GHz頻段,并應(yīng)用于SISL單平衡混頻器的設(shè)計,具有損耗小和自封裝的優(yōu)勢。6.首次提出了基于多內(nèi)層板結(jié)構(gòu)的新型SISL電路。針對寬邊耦合線電路,將不同耦合線分別設(shè)置在不同的內(nèi)層板上,并使用支撐板對相鄰的內(nèi)層板進(jìn)行分隔,使得耦合路徑中幾乎沒有介質(zhì)損耗。在全部基板均采用低成本且介質(zhì)損耗大的FR4板材的前提下,仍能夠基于多內(nèi)層板結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)切除等方法,獲得較小的電路損耗�；诖思夹g(shù)思路,實現(xiàn)了兩種高定向性的SISL雙內(nèi)層板耦合器,以及一種基于SISL三內(nèi)層板結(jié)構(gòu)的寬頻帶非對稱Marchand巴倫,與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比,具有低成本和低損耗的優(yōu)勢。
【圖文】：

理工學(xué)院的 Rainee Simons 等學(xué)者針對雙層介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)以及懸置寬邊帶對稱耦合槽線結(jié)構(gòu)[27,28]，研究了抗、相對介電常數(shù)的影響。美國學(xué)者 C. H. Chan 等人置線的色散特性進(jìn)行了研究[29-31]。針對懸置線的計ed Design，CAD)模型[32-34]，加拿大和美國的學(xué)者 Prnberg 等人都進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。日本電氣通信分析了懸置線邊帶殼體開槽對特性阻抗等傳輸特性大學(xué)王蘊儀等人對耦合懸置帶線的色散特性進(jìn)行了理方程[36]。南京理工大學(xué)方大綱等人提出了一種寬邊耦帶線和懸置帶線，工作于偶模狀態(tài)下具有更小的損耗圖 1-1 所示，，它由位于中間的單層介質(zhì)基板以及包裹磁場將分布在基板與金屬殼體之間的兩個空氣腔體內(nèi)電路，懸置線具有損耗小、色散弱、功率容量大的優(yōu)無源及有源器件的設(shè)計。

圖 1-2 基于金屬殼體封裝的波導(dǎo)懸置線帶通濾波器[41]結(jié)構(gòu)也應(yīng)用在有源電路設(shè)計中。文獻(xiàn)[50]和[51]分別報道了混頻器和低噪聲放大器。文獻(xiàn)[52]報道了一種可調(diào)振蕩器結(jié)了具有高品質(zhì)因數(shù)的波導(dǎo)懸置線諧振器，同時在微帶線結(jié)，波導(dǎo)懸置線諧振器的金屬外殼上加載可調(diào)結(jié)構(gòu)�？梢钥绰返臒o源部分和基于微帶線的有源部分連接時，后期裝配集成。此外，在基于懸置線結(jié)構(gòu)的天線設(shè)計[53-55]中，饋電線電路單獨實現(xiàn)，而與天線單元或陣列的集成仍比較困難。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN710

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 徐銳敏;陳志凱;趙偉;;微波集成電路的發(fā)展趨勢[J];微波學(xué)報;2013年Z1期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 簡澤;基于SISL的天線及其陣列研究[D];電子科技大學(xué);2018年

2 李連岳;基于SISL的微波過渡及無源器件建模與設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2017年

3 杜成英;基于SISL雙通帶濾波器研究[D];電子科技大學(xué);2017年

4 鄒培;基于SISL低相噪壓控振蕩器的研究與設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2017年

5 李文炬;基于SISL的微波開關(guān)研究與設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2017年

本文編號：2623797