几种新型微波无源器件及准八木天线阵列研究

摘要

在信息产业高速发展的背景下，具有宽带、多频带、小型化等特性的新型微波无源器件在各类现代无线通信系统中展现出了广泛的应用前景。作为无线电通信系统的基础部件，功率分配器和微波滤波器更是得到了飞速的发展。设计实现满足系统要求的高性能功率分配器和微波滤波器，研究其新的结构形式及工程实现，已成为微波无源器件的重要研究方向。本文结合研究课题，围绕无线通信中微波滤波器、功率分配器的新型结构和宽带准八木天线阵列的设计方法及工程实现进行了深入研究。作者所取得的主要研究成果包括：
　　 1.基于钩型结构单元的微波滤波器研究。比较研究了微带型和缺陷型钩型结构单元的谐振和耦合特性，针对WLAN无线通信系统指标提出了三种微波滤波器。利用微带型钩型结构单元的谐振特性，采用一对成镜像对称的钩型单元以及抽头式的馈电结构，设计了微带双通带滤波器并分析了其等效电路模型；采用一对中心对称的微带钩型单元及0°馈电结构，提出了具有谐波抑制特性的微带型WLAN滤波器并分析了其等效电路模型。利用缺陷型钩型结构单元的谐振特性，设计了满足WLAN标准的双通带滤波器。
　　 2.基于缺陷地板结构(DGS)的功率分配器研究。DGS单元具有禁带及提高传输线等效电抗的特性，利用这些特性，提出了两款具有陷波特性的超宽带等功分功率分配器和两款宽带不等分功率分配器。首先，运用DGS单元的禁带特性，分别采用阶梯阻抗缺陷开口谐振环(SI-DSRR)和一对对称放置的F形DGS，设计实现了具有陷波特性的超宽带2路和3路等分功率分配器。SI-DSRR和F-DGS均为半波长谐振器，调节其电长度可以有效地控制所需禁带的位置。其次，采用新型DGS和“工”形DGS与缝隙结构结合的方式，分别实现了宽带4:1的2路不等功分功率分配器和宽带4:1:1的3路不等分功率分配器，通过运用含有DGS的微带传输线，避免了高特性阻抗传输线线宽过细不易加工的缺点。
　　 3.基于微带线-槽线结构的功率分配器研究。基于微带线-槽线转换器工作原理和等效电路模型，首先设计了多层结构的宽带2路和4路等功分功率分配器。通过采用T形微带线馈电结构以及半圆形微带线枝节，实现了功率分配器的小型化、宽频带阻抗匹配以及良好的等功分比传输特性。其次，利用所提出的三款改进型微带线-槽线转换器，设计了两款共面结构的3路等功分功率分配器。采用渐变的槽线结构以及半圆形/半椭圆形的槽线枝节，使功率分配器实现了宽频带性能、较低的插入损耗性能和良好的等功分特性。
　　 4.宽带准八木天线直线阵列研究。首先，通过采用弯曲有源振子臂并引入一段阻抗变换器，设计实现了宽频带阻抗匹配的准八木天线单元；其次，分析研究了8单元准八木天线直线阵列的低副瓣特性，应用差分进化算法优化了该阵列的辐射方向图；最后，设计了一个宽带8路不等功分功率分配器，将其作为馈电网络，完成了C波段不等幅馈电准八木天线直线阵的宽带低副瓣设计。