本文主要對(duì)Ku波段寬帶快速波束切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行研究。Ku波段寬帶快速波束切換開(kāi)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)。基于Ku波段寬帶快速波束切換開(kāi)關(guān)的原理,在分別對(duì)構(gòu)成Ku波段寬帶快速波束切換開(kāi)關(guān)的魔T、π/2差相移器、3dB窄邊裂縫電橋進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了大功率波束切換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。為了滿(mǎn)足波束切換開(kāi)關(guān)在Ku波段的帶寬大于1.5GHz的要求,采用多級(jí)匹配的原理對(duì)魔T、3dB窄邊裂縫電橋進(jìn)行了設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)果,表明采用多級(jí)匹配結(jié)構(gòu)可以有效展寬這類(lèi)微波元件的帶寬;考慮到功率、散熱、外加磁路結(jié)構(gòu)問(wèn)題,采用H面單側(cè)加載鐵氧體片結(jié)構(gòu)對(duì)π/2差相移器進(jìn)行了設(shè)計(jì)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(duì)構(gòu)成的Ku波段寬帶快速波束切換開(kāi)關(guān)整體性能進(jìn)行了設(shè)計(jì)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(mǎn)足寬帶與低插入損耗的設(shè)計(jì)要求,并且通過(guò)外加磁場(chǎng)的變化,實(shí)現(xiàn)波束切換開(kāi)關(guān)的功能。針對(duì)大功率下的散熱問(wèn)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(duì)Ku波段寬帶快速波束切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行了熱分析。根據(jù)器件熱分析結(jié)果,分別對(duì)仿真結(jié)果中的插入損耗-0.07dB與-0.7dB兩種狀態(tài)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)熱仿真。結(jié)果表明插入損耗為-0.07dB時(shí),在風(fēng)冷條件下,最高溫度為71.7℃;插入損耗為-0.7dB時(shí),在風(fēng)冷條件下,最高溫度為485.7℃;插入損耗為-0.7dB時(shí),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(kāi)關(guān)需要外部驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)波束切換開(kāi)關(guān)功能。根據(jù)Ku波段寬帶波束切換開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理,設(shè)計(jì)了NMOS管H橋激勵(lì)電路,使用了Altium Designer軟件對(duì)電路原理圖進(jìn)行了設(shè)計(jì),并進(jìn)行了實(shí)物制作與測(cè)試;使用Verilog HDL硬件編程語(yǔ)言對(duì)邏輯控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)、仿真,采用Xilinx開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)了邏輯控制電路的功能與測(cè)試;對(duì)外磁路模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì),并采用MATLAB對(duì)開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行了預(yù)估,結(jié)果為0.4ms。本文所設(shè)計(jì)的這種驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)0到50V的驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(kāi)關(guān)與移相器的驅(qū)動(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839826