矿井无线通信系统中多性能微波功率分配器的研究

摘要

无源微波功率分配器作为微波器件中最基本、最重要的组成部分，在各种通信系统前端、天线馈电网络等方面起到非常关键的作用。煤矿井下无线通信环境恶劣，存在大量的煤尘水雾，噪声干扰大，多径散射效应明显。因此，研究适合于井下通信环境的具有双频、小型化、反相、谐波抑制、带复数阻抗匹配等多性能的无源微波功率分配器十分必要。
　　本课题由国家科技支撑项目“矿井动目标监测技术及在用设备智能管控技术平台与装备(基于物联网安全管控技术)”(项目编号：2013BAK06B05)资助，本文主要研究工作如下：
　　（1）为了满足煤矿井下对功分器双频多路的需求，提出了一种双频带多路紧凑型Bagley功分器，相比于原始Bagley功分器和改进型Bagley功分器而言，本文提出的Bagley功分器采用耦合线代替输出端口之间的微带线，并将级联结构的耦合线代替输入输出端口之间四分之一波长阻抗变换器的方法，实现了功分器双频带多路的功能，大大的减小了电路的面积。
　　（2）为了避免差分电路或差分系统中出现杂波对通信系统造成影响，采用开路枝节和短路枝节抑制谐波的方法，提出了一种三层带谐波抑制功能的反相功分器，实现对两个可控的频段和任意偶数阶谐波进行抑制的功能。通过使用奇偶模分析方法，建立数学模型，求解电路参数，而且对电路能够抑制的谐波进行了详细的分析。
　　（3）为了使功分器能够直接和射频有源差分电路或差分系统相连接，避免使用多余的阻抗变换器，提出了两种具有复数阻抗变换功能的三层反相功分器，采用单根微带线结构，实现了复数源阻抗到复数负载阻抗的匹配，通过理论分析表明第二种电路结构相比于第一种，由于采用了不同的隔离网络，因此具有更加紧凑的电路结构。
　　（4）为了满足双频差分天线和双频差分系统的需求，采用T型、L型和PI型的双频带阻抗变换器，提出了两种适用于大功率情况下的双频带反相功分器。两种电路结构均能工作在两个独立的频率处，实现双频带的功能。这两种反相功分器相比于目前存在的反相功分器，具有更加简单的电路结构和解析方法。
　　以上研究成果满足了煤矿井下无线通信系统对功分器双频带、多路、小型化的需求，深入研究了带谐波抑制、复数阻抗匹配、双频反相功能的功分器，拓展了功分器在煤矿井下的应用范围。
　　本论文有图68幅，表26个，参考文献137篇。

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英文摘要

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1 绪论

1.1 功分器的应用背景 (Application Background of Power Divider)

1.2 功分器的研究现状 (Research Situation of Power Divider)

1.3 本文拟解决的关键问题和主要研究内容 (Key Problems to Research and Contents of This Dissertation)

1.4 本文结构 (Structures of This Dissertation)

1.5 本章小结 (Conclusion of This Chapter)

2 功分器研究基础

2.1 Bagley 功分器研究基础 (Analytical Foundation of Bagley Power Divider)

2.2 三层反相功分器研究基础 (Analytical Foundation of Three-layer Out-of-Phase Power Divider)

2.3 本章小结 (Conclusion of This Chapter)

3 基于耦合线结构的双频多路紧凑型 Bagley 功分器研究

3.1 引言 (Introduction)

3.2 Bagley 功分器的理论分析 (Theoretical Analysis of Bagley Power Divider)

3.3 Bagley 功分器的电路参数分析与讨论 (Parameter Analysis and Discussion on Bagley Power Divider)

3.4 实验与分析 (Experiment and Analysis)

3.5 本章小结 (Conclusion of This Chapter)

4 基于双面平行带状线的带谐波抑制功能的反相功分器研究

4.1 引言 (Introduction)

4.2 带谐波抑制的反相功分器的理论分析 (Theoretical Analysis of Out-of-Phase Power Divider with Harmonic Suppression)

4.3 带谐波抑制的反相功分器的参数分析 (Parameter Analysis on Out-of-Phase Power Divider with Harmonic Suppression)

4.4 实验与分析 (Experiment and Analysis)

4.5 性能对比 (Performance Comparison)

4.6 本章小结 (Conclusion of This Chapter)

5 基于双面平行带状线的带复数阻抗变换的反相功分器研究

5.1 引言 (Introduction)

5.2 基于复数阻抗变换的反相功分器研究 (Research of Out-of-Phase Power Divider Based on Complex Impedance Transformation)

5.3 基于复数阻抗变换的紧凑型反相功分器研究 (Research of Compact Out-of-Phase Power Divider Based on Complex Impedance Transformation)

5.4 尺寸对比 (Sizes Comparision)

5.5 性能对比 (Performance Comparison)

5.6 本章小结 (Conclusion of This Chapter)

6 基于双面平行带状线的双频反相功分器研究

6.1 引言 (Introduction)

6.2 基于T型和L型阻抗变换的双频反相功分器研究 (Research of Dual-band Out-of-Phase Power Divider Based on T-Type and L-Type Impedance Transformer)

6.3 基于L型和PI型阻抗变换的双频反相功分器研究 (Research of Dual-band Out-of-Phase Power Divider Based on L-Type and PI-Type Impedance Transformer)

6.4 本章小结 (Conclusion of This Chapter)

7 结论与展望

7.1 结论 (Conclusions)

7.2 展望 (Prospect)

参考文献

作者简历

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