多通道Ka波段T/R组件EMC问题分析与改进

摘要

当代毫米波技术发展和系统指标要求的提高,对T/R组件的性能、体积和重量提出了更高的要求。在Ka波段T/R组件的集成方面,传统二维的T/R组件因其体积过大、功效低等缺点已渐渐被多通道、高性能三维立体集成的T/R组件所代替。然而三维立体集成的T/R组件的实现在电路布局、信号隔离、信号互联与组装等方面都面临严峻问题,所产生的EMC问题极大的提高了组件的设计难度,EMC成为越来越成为组件设计中的重点和难点。
　　本课题是针对组件小型化、高频化、高可靠性的需求,分析和改进多通道Ka波段T/R组件设计中的电磁兼容性问题。论文主要由以下几部分内容构成:
　　介绍了T/R组件和电磁兼容的研究现状,介绍了毫米波系统特点和T/R组件发展趋势,阐述了电磁兼容基本定义、电磁干扰的三要素和各类电磁兼容建模算法,并介绍了常用的电磁仿真软件,完成T/R组件电磁兼容分析的理论基础。
　　从T/R组件的集成形式出发,分析了砖块式和瓦片式组件共有腔体效应和孔隙泄漏问题,瓦片式组件中更为突出的传输线路不连续性、控制电路电源与信号完整性和组件模块互耦等电磁兼容问题。
　　对T/R组件的电磁兼容问题进行改进设计。仿真分析了腔体效应和孔隙泄漏问题,以一个Ka波段砖块式双通道T/R组件为例,设计合理封装尺寸消除腔体效应;研究了传输线路不连续性的改善,利用接地金属柱改善了CB-CPW的传输性能,并设计了一个适用于Ka波段瓦片式组件垂直互连的同轴型毛纽扣连接器;设计了一个新型电磁带隙结构(UCR-EBG),抑制控制电路中电源/地层的同步开关噪声,并从信号传输眼图的角度分析了非完整平面的EBG电源层对信号传输的影响,最后使用差分信号线对技术改善信号的传输质量;利用EBG结构对表面波抑制作用,使用简化的UCC-EBG结构实现平行微带线的耦合抑制,并将其应用到天线阵抑制阵元互耦。同时,各类仿真模型均进行了实物加工并测试和分析了相关参数。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 电磁兼容研究背景

1.2 T/R组件研究现状

1.3 选题依据与研究内容

第二章 电磁兼容基本理论

2.1 电磁兼容概论

2.2 电磁干扰的三要素

2.3 电磁兼容仿真算法

2.4 电磁兼容仿真软件

2.5 本章小结

第三章 多通道T/R组件EMC问题分析

3.1 砖块式组件与瓦片式组件

3.2 收发支路串扰

3.3 腔体谐振效应

3.4 孔隙泄漏

3.5 传输线路的不连续性

3.6 控制电路电源完整性和信号完整性

3.7 组件模块间的耦合

3.8 本章小结

第四章 T/R组件腔体效应与孔隙泄漏的仿真与改进

4.1 组件腔体效应的仿真

4.2 孔隙电磁泄漏

4.3 组件腔体设计与测试

4.4 本章小结

第五章 瓦片式组件电磁兼容仿真与改进

5.1微波信号传输的改进设计

5.2 电源/地间开关噪声的抑制

5.3 组件模块耦合抑制

5.4 本章小结

第六章 总 结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果