一种多波束切换阵列的设计与研究

摘要

随着无线通信技术的快速发展，人们对高速率高质量的通信需求越来越迫切。由于无线频谱资源是有限的，为了满足应用需求，需要采取各种技术来增加通信容量，最大化利用频谱资源。多波束天线系统是解决这一问题的一种有效手段。多波束天线系统的核心部分是波束形成网络。罗特曼透镜是一种基于等光程原理的波束形成网络。常见的罗特曼透镜波束形成网络仅有个位数的输入输出端口。论文设计有了一个具有15个输入口，16个输出口以及4个虚端口的罗特曼透镜。该罗特曼透镜具有小体积多端口的特点。 论文首先对波束形成的原理以及罗特曼透镜的光学原理进行了研究。根据罗特曼透镜设计公式，对罗特曼透镜各设计参数进行了分析。在选取了合适的设计参数，获得了罗特曼透镜实际尺寸后，对该透镜进行了仿真优化。仿真结果表明，透镜输出了所需相位、幅度的信号。通过在罗特曼透镜输出端接基片集成波导缝隙天线阵，实际测试了驻波系数和方向图。测试结果表明，天线在所需频带内反射系数在-20dB左右，各端口间隔离度好于-20dB。 其次，为解决罗特曼透镜损耗问题，设计在罗特曼透镜与天线阵间放置低噪声放大器。由于低噪声放大器的噪声系数小，可降低系统整体的噪声系数。论文设计了一个中心频率20GHz的低噪声放大器。采用两级MGF4964BL晶体管级联的方式来达到23dB增益要求。仿真及测试结果表明，设计达到预期指标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究现状

1．3 论文的主要工作与内容安排

第二章 波束形成原理

2．1 多波束天线系统的组成与结构

2．2 波束形成原理

2．2．1 时间延迟

2．2．2 相位延迟

2．3 罗特曼透镜波束形成网络

2．4 本章小结

第三章 罗特曼透镜的设计

3．1 罗特曼透镜的几何光学设计公式

3．2 罗特曼透镜等效口径理论分析

3．3 罗特曼透镜独立设计参数讨论

3．3．1 独立设计参数的确定

3．3．2 罗特曼透镜轮廓的设计

3．3．3 罗特曼透镜馈电端口及虚端口的设计

3．4 罗特曼透镜设计的仿真

3．5 罗特曼透镜的测试结果

3．6 本章小结

第四章 低噪放的设计与测试

4．1 多波束天线系统的改进

4．2 低噪声放大器的原理

4．2．1 噪声系数

4．2．2 功率增益

4．2．3 稳定性

4．2．4 输入输出匹配

4．3 低噪声放大器的设计

4．3．1 设计目标

4．3．2 晶体管的选择

4．3．3 确定直流工作点

4．3．4 偏置电路设计

4．3．5 稳定性设计

4．3．6 匹配电路设计

4．3．7 低噪声放大器的仿真

4．4 低噪声放大器的实物测试

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介