应用于无线通信系统的高性能波导双工器设计

摘要

用户需求的增长以及新技术的革新促使了通信技术往更高要求的方向发展。而与之对应的微波通信设备，为了实现体积更小且拆移简易的特点，也逐渐摒弃了传统室内一体机的设计结构，发展成为现有的收发信机在室外（ODU）、调制解调和基带接口在室内（IDU）的分体式结构。双工器在通信系统中承担着收发信道的选择、合成和分离工作，是通信设备的重要组成部分。本文设计的双工器为异频双工，主要应用于上述微波ODU（Outdoor Unit）收发信机系统。通过收发两路滤波器的频率选择作用，双工器使得系统可共用一个天线完成信号的收发。如何以低成本实现双工器的高性能要求是一直以来的重要课题。
　　围绕波导双工器的高性能实现方案，本文的设计工作主要包括：
　　1）工作在Ku波段的波导双工器设计。在该频段下，若继续使用Y矩阵法调谐会使得双工器的单腔谐振频率偏差0.9％～2%，因此本文使用基于模式匹配法的μWave Wizard软件对初始尺寸进行优化。实物测试结果显示，其带内回波损耗可达18dB，发送通带在15.138～15.348GHz内的带外抑制≥68dB，接收通带在14.718～14.942GHz的带外抑制≥65dB；
　　2）宽阻带波导双工器的设计。普通结构的波导双工器因为寄生通带的出现在远端频率范围内不可能获得较好的带外抑制。文章将（1）中的波导双工器与具有较宽远端抑制特性的消失模波导滤波器进行了腔体一体化设计，实现了波导双工器的宽阻带特性，其在21.2～43GHz带外抑制仿真值可达40dB以下；
　　3）高隔离宽阻带波导双工器的设计。本文通过将环形器与宽阻带波导双工器进行腔体集成设计使得波导双工器的接收、发送端在通信系统中不再需单独外接一环形器。HFSS仿真结果显示：接收端到发送端的隔离度可达110dB以上，同宽阻带双工器相比提高了50dB左右，发送端到天线端、天线端到接收端的反向隔离大于23dB，能实现信号的单向传输。该结果证明了方案的切实可行。
　　本文在完成上述设计的过程中，根据波导结构双工器不易实现负交叉耦合的问题，给出了一种能实现由正耦合到负耦合转变的简单方法并对该方法进行了分析；此外，文章还针对消失模波导滤波器提出了一种长度较直线型结构缩短34.9%的弯折型消失模波导滤波器结构。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本文的主要工作与创新

第二章 波导双工器的相关理论

2.1 微波网络基本理论

2.2 滤波器基本理论

2.3 双工器设计理论

2.4 环形器基础理论

2.5 波导型器件的常用分析方法

2.6 本章小结

第三章 波导双工器的设计

3.1 设计指标分析

3.2 双工器等效电路仿真

3.3 波导双工器三维仿真

3.4 加工及测试

3.5 本章小结

第四章 高性能波导双工器的设计

4.1 宽阻带波导双工器的设计

4.2 宽阻带高隔离波导双工器设计

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献