38GHz毫米波波导双工器的设计与仿真

摘要

科技在不断进步，通信行业在不断发展，在无线通信频谱资源日趋紧张的今天，微波滤波器因为其具有分离有用和无用信号的作用而成为无线通信中的重要系统组成部件，微波滤波器的性能好与坏会直接对通信系统的产生影响。微波滤波器在很多通信相关领域有着广泛的应用，如广播电视信号收发系统、卫星通讯收发系统、手机基站信号收发系统，点对点微波数据传输系统、军事通讯雷达系统等领域，微波滤波器在这些系统应用领域的需求也越来越高越来越严。随着通讯领域飞速发展，微波滤波器正向着更高的频率，更小的体积，更高的性能，更低的成本（尤其民用通讯领域）方向发展。微波滤波器体积的小型化，质量的高性能，制造的低成本已成为各国目前的研究热点。
　　本文毫米波双工器设计目标是在38GHz频段附近通带500M左右带宽的情况下，在间隔500MHz左右的频谱上实现双工通带小于1.5dB的通带插入损耗，大于65dB的通带互相抑制，以及大于30dB的远端抑制，在此基础上，考虑到收发两个不同频段共用一个腔体公共端从而实现双工的功能，为了实现高性能的收发之间的带外抑制，加入了TE102次模式实现交叉耦合，为了实现远端的带外抑制功能，滤波器输入口级联了脊波导低通的滤波器，经过大量的软件优化和仿真从而得到高性能38g毫米波波导双工器。设计制作的样品测试表明，本文的设计与仿真与调试后的测试结果很接近，高性能低成本紧凑体积的设计，使得该类似设计产品在毫米波射频工程领域具有更高的竞争力。
　　全文共可分为八章，第一章主要介绍课题背景意义与现状，介绍了常规滤波器的种类及其应用，提出了通讯行业频段往毫米波发展的趋势，为后续毫米波滤波器设计作铺垫。第二章介绍微波滤波器的不同频率段分类理与工程上的应用，介绍微波腔体滤波器的应用实现形式。第三，四章重点介绍了腔体滤波器以及波导腔体滤波器指标实现分析和腔体滤波器机械实现形式，第五章重点讲述了38GHz毫米波波导双工器设计和软件仿真以及配件的设计，其中主要应用德国MICIAN公司的Uwave软件进行毫米波腔体建模和射频参数仿真，得到比较理想的仿真曲线和射频参数指标。第六章介绍38GHz毫米波双工器的机械加工具体实现，最后两章在前面设计仿真思路的基础上，对机械加工制备的样品进行调试和测试，结果表明测试射频参数曲线接近仿真与设计现实指标并总结对未来的展望与推广。
　　总之，本文重点研究了毫米波腔体滤波器及双工器的实现与设计，实现了矩形波导高次模在滤波器腔体交叉耦合中的应用，实现了毫米波滤波器高性能小体积的优势。本文的工作对类似的毫米波滤波器研制已及产品提高市场竞争力具有十分重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景与现状

1．2 课题的意义和价值

1．3 课题的研究方法与任务内容

第二章 微波滤波器的分类与工程应用

2．1 微波滤波器的分类

2．1．1 微波和毫米波的定义

2．1．2 微波滤波器的定义

2．1．3 微波滤波器的分类

2．2 微波滤波器的工程应用

2．2．1 微波的滤波器常用类型在不同频率段的应用

2．2．2 微波腔体滤波器的多工应用

第三章 常用腔体滤波器的考虑因素与指标的分析

3．1 常用腔体滤波器的考虑因素

3．1．1 腔体滤波器的基本工作原理

3．1．2 腔体滤波器的考虑因素

3．2 常用腔体滤波器的指标分析

3．2．1 腔体滤波器的工作频率范围

3．2．2 腔体滤波器的插入损耗

3．2．3 腔体滤波器的回波损耗

3．2．4 腔体滤波器的带外抑制

第四章 矩形波导腔体研究与滤波器机械结构实现

4．1 波导腔体的工作模式

4．1．1 矩型波导腔体的工作模式

4．1．2 矩型波导腔体的TE10模

4．1．3 矩型波导的国标

4．2 波导的腔体滤波器实现的机械结构设计分析

4．2．1 腔体滤波器结构实现

4．2．2 毫米波的腔体滤波器回流焊工艺

第五章 38GHz毫米波的波导腔体双工器设计与仿真

5．1 双工器设计指标的确认分析考虑

5．1．1 双工器的技术指标工作频率段

5．1．2 双工器的技术指标回波损耗要求

5．1．3 双工器其技术要求指标通带的插入损耗

5．1．4 双工器的技术指标带外及远端抑制

5．2 双工器设计的综合分析

5．3 波导的双工器物理结构软件仿真实现

5．3．1 单腔Q值的估算

5．3．2 双工器高频段滤波器的设计

5．3．3 双工器低频段滤波器的设计

5．3．4 公共端口连接的波导双工器设计

5．4 双工器级联宽带低通作用的滤波器设计

5．5 BJ-320标准波导转弯头的设计

第六章 38GHz毫米波波导双工器机加工实现与误差分析

6．1 毫米波双工器器件的机械设计

6．2 毫米波双工器腔体加工与仿真加工误差分析

6．3 毫米波双工器的电镀

第七章 38GHz毫米波波导腔体的双工器指标调测

7．1 38GHz毫米波双工器指标的调试平台

7．2 38GHz毫米波双工器的指标调试

第八章 设计仿真样品测试结果比较结论以及应用推广

8．1 设计仿真与样品测试结果比较

8．2 毫米波波导双工器试制经验与应用推广

参考文献

致谢