本文主要對Ku波段寬帶快速波束切換開關(guān)進行研究。Ku波段寬帶快速波束切換開關(guān)以四端口差相移式環(huán)行器為器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),具有更大的功率容量,主要應(yīng)用于大功率微波系統(tǒng)�；贙u波段寬帶快速波束切換開關(guān)的原理,在分別對構(gòu)成Ku波段寬帶快速波束切換開關(guān)的魔T、π/2差相移器、3dB窄邊裂縫電橋進行分析的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了大功率波束切換開關(guān)的結(jié)構(gòu)。為了滿足波束切換開關(guān)在Ku波段的帶寬大于1.5GHz的要求,采用多級匹配的原理對魔T、3dB窄邊裂縫電橋進行了設(shè)計與優(yōu)化,兩者都得到了各端口回波損耗小于-20dB、傳輸損耗-3dB、帶寬約2.5GHz的設(shè)計結(jié)果,表明采用多級匹配結(jié)構(gòu)可以有效展寬這類微波元件的帶寬;考慮到功率、散熱、外加磁路結(jié)構(gòu)問題,采用H面單側(cè)加載鐵氧體片結(jié)構(gòu)對π/2差相移器進行了設(shè)計與優(yōu)化,得到了在13.0GHz~15.2GHz頻率范圍內(nèi),端口回波損耗小于-20dB,插入損耗-0.06dB~-0.02dB,差相移量為90°±10°性能良好的π/2差相移器。在此基礎(chǔ)上,對構(gòu)成的Ku波段寬帶快速波束切換開關(guān)整體性能進行了設(shè)計與仿真,結(jié)果表明在13.2GHz~14.8GHz范圍內(nèi),端口反射小于-20dB、插入損耗小于-0.07dB、帶寬1.6GHz,滿足寬帶與低插入損耗的設(shè)計要求,并且通過外加磁場的變化,實現(xiàn)波束切換開關(guān)的功能。針對大功率下的散熱問題,采用ANSYS穩(wěn)態(tài)熱仿真工具Steady-State Thermal,在1.5kW的平均功率條件下,對Ku波段寬帶快速波束切換開關(guān)進行了熱分析。根據(jù)器件熱分析結(jié)果,分別對仿真結(jié)果中的插入損耗-0.07dB與-0.7dB兩種狀態(tài)進行了穩(wěn)態(tài)熱仿真。結(jié)果表明插入損耗為-0.07dB時,在風(fēng)冷條件下,最高溫度為71.7℃;插入損耗為-0.7dB時,在風(fēng)冷條件下,最高溫度為485.7℃;插入損耗為-0.7dB時,在水冷條件下,最高溫度為100.1℃。Ku波段寬帶快速波束切換開關(guān)需要外部驅(qū)動電路系統(tǒng)才能實現(xiàn)波束切換開關(guān)功能。根據(jù)Ku波段寬帶波束切換開關(guān)的驅(qū)動系統(tǒng)原理,設(shè)計了NMOS管H橋激勵電路,使用了Altium Designer軟件對電路原理圖進行了設(shè)計,并進行了實物制作與測試;使用Verilog HDL硬件編程語言對邏輯控制電路進行了設(shè)計、仿真,采用Xilinx開發(fā)板實現(xiàn)了邏輯控制電路的功能與測試;對外磁路模型進行了設(shè)計進行了初步的設(shè)計,并采用MATLAB對開關(guān)時間進行了預(yù)估,結(jié)果為0.4ms。本文所設(shè)計的這種驅(qū)動電路系統(tǒng)能實現(xiàn)0到50V的驅(qū)動端電壓范圍、電流方向切換、脈沖寬度調(diào)整,電流容限60A,完全導(dǎo)通下內(nèi)阻約為0.6mΩ,最快開關(guān)頻率600kHz的功能與性能指標(biāo),具有很好的邏輯電平兼容性,是一種適合大部分鐵氧體波束開關(guān)與移相器的驅(qū)動電路,具有很高的通用性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN12
【部分圖文】：

魔T結(jié)構(gòu)示意圖

差相移式環(huán)行器結(jié)構(gòu)示意圖

單片填充H面旋磁鐵氧體示意圖
【參考文獻】

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本文編號：2839826