可重构微波无源电路研究

摘要

随着无线移动通信技术的发展，通信电路需要满足多频率、多标准和小型化的要求;同时，在军事领域，通信和雷达探测等系统需要满足抗干扰的要求，可以在多个频段内切换，且能使用不同的通信或者探测模式。在这种应用背景下，可重构通信电路的研究具有十分重要的理论意义和工程应用价值。近年来，可重构电路的概念为人们所熟知，并且一些可重构通信系统已经实现了产品化。但是，可重构微波电路由于需要额外的可重构元器件和馈电网络，其电路面积、插入损耗以及频率可调范围一直受到限制，这些因素都影响可重构电路的进一步发展及在通信和雷达系统中的应用。本论文在现有可重构理论和应用研究的基础上，构建了多种功能可重构的微波电路，对所提出的设计方法的可行性进行了实验验证。本论文的创新性工作总结如下: 1.多功能的可重构匹配网络研究:提出相位可重构的匹配网络和宽带可重构匹配网络，拓展了可重构匹配网络的功能。(a)提出相位可重构匹配网络的设计方法，使可重构的匹配网络在匹配不同负载的同时可以实现网络传输相位的可重构;利用此方法分别设计了基于可变电容和开关的相位可重构匹配网络，实现了匹配网络和移相器两种电路的功能集成;(b)提出一种宽频带可重构匹配网络的设计方法，该方法使用相邻较近的双频点匹配来达到宽带匹配的效果，简化了设计过程;所提出的网络由开关切换，可在不同的工作频率实现对不同负载阻抗的宽带匹配，解决了传统的单支节匹配网络匹配带宽较窄的问题。 2.宽频率可调范围的功率分配器研究:提出具有宽频率可调范围的两路和多路功率分配器，拓展了频率可调功率分配器的调节带宽。首先提出加载单个可变电容的频率可调二端口匹配网络的设计理论。与传统的频率可调二端口网络相比，该结构具有更宽的频率调谐范围。以此为基础，(a)提出了具有宽频率可调范围的等分与不等分两路功率分配器结构及其设计方法;(b)提出了频率可调的多路功率分配器的设计方法，并将其应用到天线阵列上，解决了天线馈电网络工作频率可调的问题。 3.功分比可重构的功率分配器研究:提出可在两种功率分配比模式下切换的功率分配器，实现了大功率分配比的可重构。(a)提出基于功率再合成技术的不等分功率分配器的设计方法，有效解决了大功率分配比情况下传输线特性阻抗过大的问题;(b)提出一种由开关切换的匹配网络，并进一步结合所提出的不等分的功率分配器，设计了开关切换的功分比可重构的功率分配器，使功率分配器可在大功率分配比和小功率分配比两种模式下进行切换，拓展了可重构功率分配器功分比的可重构范围。 4.耦合系数和工作频率可调的耦合器研究:提出了两种可调耦合器，分别实现了耦合系数的调节以及工作频率和耦合系数的同时调节。(a)提出一种优化可调耦合器输入端口匹配效果的方法，在此基础上设计了小型化的耦合系数可调的分支线耦合器，该结构可以实现较弱的耦合系数并保持良好的匹配和隔离响应;(b)提出基于耦合线和可变电容的小型化可调耦合器设计方法，以此为基础设计了耦合系数和工作频率均可调的耦合器，有效拓展了可调耦合器的调节自由度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1课题来源

1．2研究背景和意义

1．3可重构技术研究现状

1．3．1基于不同可重构器件(材料)的可重构技术研究现状

1．3．2可重构匹配网络、功率分配器和耦合器相关领域的研究现状

1．4本论文的主要目标和主要内容

2 基于传输线匹配理论的可重构匹配网络设计方法

2．1引言

2．2可重构电路的实现元件

2．2．1变容二极管的特性分析

2．2．2 PIN二极管的特性分析

2．3传输线匹配理论介绍

2．3．1复阻抗到实阻抗的匹配理论

2．3．2复阻抗到复阻抗的匹配理论

2．4基于传输线匹配理论的加载可变电容的二端口匹配网络研究

2．4．1基于ABCD矩阵等效的可重构匹配网络简介

2．4．2加载单个可变电容的可重构匹配网络

2．4．3加载多个可变电容的可重构匹配网络

2．5基于传输线匹配理论的开关切换的二端口匹配网络研究

2．5．1基于单支节调配器的可重构匹配网络简介

2．5．2加载单个开关的可重构匹配网络

2．5．3加载多个开关的可重构匹配网络

2．5．4不同可重构二端口匹配网络的比较

2．6本章小结

3 多功能的可重构匹配网络

3．1引言

3．2相位可重构的匹配网络研究

3．2．1基于可变电容的相位可调匹配网络

3．2．2基于开关切换的相位可重构的匹配网络

3．3宽频带的可重构匹配网络研究

3．3．1结构分析与设计

3．3．2宽带匹配设计方法

3．3．3仿真结果分析

3．3．4测试结果与分析

3．3．5宽频带的可重构匹配网络在功率放大器中的应用

3．4本章小结

4 宽频率可调范围的功率分配器

4．1引言

4．2频率可调的等分功率分配器

4．2．1结构分析与设计

4．2．2展宽可调带宽的方法

4．2．3提高可变电容可实现性的电路改进方法

4．2．4测试结果与分析

4．3频率可调的不等分功率分配器

4．3．1结构分析与设计

4．3．2测试结果与分析

4．4频率可调的多路功率分配器及在天线阵列中的应用

4．4．1基于传输线分解技术的多路功率分配器的设计方法

4．4．2基于传输线分解技术的频率可调多路功率分配器设计方法

4．4．3频率可调的多路功率分配器实现及在天线阵列中的应用

4．5本章小结

5 功率分配比可重构的功率分配器

5．1引言

5．2基于功率再合成技术的不等分功率分配器

5．2．1两路再合成的不等分功率分配器

5．2．2添加阻抗变换器的两路再合成不等分功率分配器

5．2．3三路再合成的不等分功率分配器

5．2．4测试结果与分析

5．3基于开关切换的功分比可重构的功率分配器

5．3．1结构分析与设计

5．3．2大功率分配比情况下的结构变形

5．3．3测试结果与分析

5．4本章小结

6耦合系数和工作频率可调的耦合器

6．1引言

6．2小型化的耦合系数可调的分支线耦合器

6．2．1结构分析与设计

6．2．2端口匹配的优化方法

6．2．3测试结果与分析

6．3小型化的工作频率和耦合系数全可调耦合器

6．3．1结构分析与设计

6．3．2变容二极管对频率与耦合系数的范围限制

6．3．3测试结果与分析

6．4本章小结

7结论与展望

7．1本文的主要工作

7．2后续工作与展望

致谢

参考文献

附录