X波段高隔离环行器的设计与实现

摘要

发射信号泄漏对接收机系统的影响是约束单天线连续波雷达系统发展的关键因素,因此必须解决收发之间的隔离问题。由于TR组件在雷达应用中的广泛性,具有双工作用的环行器组件成为其中不可缺少的单元。就其在连续波雷达应用中的发展前景而言,器件除了要不断满足平面化、小型化外,还要求性能上的高隔离、宽频带等特性,因此开展环行器的高隔离特性研究具有重要意义。
　　在本文中,结合实际需要,首先对高隔离环行器的技术指标进行了调研和分析,结合目前的环行器设计情况,本文中采用了幅度和相位对消技术来达到环行器的高隔离指标。在此基础上根据是否采用铁氧体材料来制作环行器,采用了基片集成波导和微带传输线两种技术方案,并对两种方案的基本结构进行了分析,具体阐述了高隔离铁氧体环行器方案中环行器和耦合器的相关理论、所用的重要磁性材料铁氧体的基本特性,以及混合环行器方案中的功率分配器理论,并对这两种方案进行了电磁仿真分析和加工测试。
　　在高隔离铁氧体环行器方案的设计中,首先利用微带传输线设计了双Y结环行器,与单Y结环行器相比其具有隔离度高、面积缩小了34％等优点;然后利用基片集成波导技术设计了SIW环行器,设计中采用金属感性窗特性和嵌入式的SIW到微带线过渡转换结构,不仅使所有的金属孔为通孔,降低了加工难度,而且采用的过渡方式与常规的线性渐变过渡方式相比,具有在相同的工作带宽和隔离特性的情况下面积缩小了41％的优点;此外,设计了两节的微带分支线耦合器,具有较好的幅度和相位特性。最后,利用SIW环行器和耦合器设计了组合结构的高隔离环行器,测试结果与仿真结果相比存在插入损耗稍大、频率偏移的问题。
　　鉴于高隔离铁氧体环行器方案尺寸大且测试和仿真结果之间存在的偏差,本文又设计了混合环行器,其工作原理是基于180°混合结的相位特性和两个功分器良好的隔离度对称特性来实现其高隔离性能。其中,功分器的设计中为了改善两端口功分器的隔离特性,采用了开槽匹配法来补偿由于50欧姆电阻失配而产生的容性效应,仿真结果显示该混合环行器具有尺寸小、隔离度更高、工作频带宽的特点。由于该混合环行器的高隔离特性,其对加工精度要求较高,测试过程中因为加工误差和精度的偏差,测试结果的工作频带存在一定的偏移,但在系统所需要的工作频带内还是满足40dB的高隔离度要求的。

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第一章 绪 论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 环行器概述

1.3 环行器的发展态势

1.4 本论文的主要内容及组织形式

第二章 高隔离环行器的相关理论及指标分析

2.1 高隔离度环行器的指标分析

2.2 铁氧体环行器的理论分析

2.3 定向耦合器的相关理论

2.4 功率分配器的相关理论

2.5 本章小结

第三章 高隔离铁氧体环行器的设计

3.1 传输线分析

3.2 微带环行器的设计

3.3 基片集成波导环行器的设计

3.4 高隔离铁氧体环行器的设计

3.5 本章小结

第四章 混合环行器的设计

4.1 混合环行器概述

4.2 180°混合结的设计

4.3 功率分配器

4.4 混合环行器的设计

4.5 本章小结

第五章 高隔离环行器测试

5.1 微带环行器的测试

5.2 SIW环行器的测试

5.3 高隔离铁氧体环行器的测试

5.4 威尔金森功分器的测试

5.5 混合环行器的测试

5.6 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果