线性相位接收机前端子系统的研究

摘要

现代通信系统的发展对接收机系统指标提出了更高的要求，不仅要求有较高的灵敏度和选择性，而且要求在系统工作频带内具有等群时延特性以提高通信质量。高温超导线性相位接收机具有传统接收机无法比拟的优越性能，在具有较高频率选择性的同时，在系统通带内呈现出等群时延特性，应用于未来通信系统中将能大幅改善系统灵敏度，提高频谱利用率，扩充系统容量，降低通信误码率。
　　本文目标为研制工作频段825MHz~835MHz商用CDMA高温超导线性相位接收机前端子系统，子系统主要包括高温超导线性相位滤波器和低温（温度为70K）低噪声放大器（CLNA）两个模块。前端子系统主要要求在偏离通带边缘2MHz时带外抑制度达到55dB以上，在系统中心有效带宽50％频带（827.5MHz~832.5MHz）内群时延波动小于±10ns，子系统噪声系数小于0.9dB。
　　针对目前尚没有复杂交叉耦合线性相位滤波器的设计原型参数的情况，先借助于相关微波电路仿真软件ADS，自行综合出一种交叉耦合自均衡线性相位准椭圆函数响应滤波器的耦合系数矩阵。根据综合出的耦合系数矩阵，利用电磁仿真软件IE3D构造一种特殊结构多曲折线谐振器，设计出工作频率为825MHz~835MHz满足指标要求的12阶准椭圆函数响应线性相位滤波器。
　　由于目前常见晶体管和集总元件（电阻、电容、电感）厂商提供的是元件在室温附近的各项参数，笔者无法获取设计低温低噪声放大器所需的晶体管和集总元件低温下的准确参数，所以本文利用晶体管和集总元件室温下的参数完成CLNA的设计，并最终通过实验调试使低噪声放大器能在低温下稳定工作。设计中在CLNA的偏置网络中引入R-L-C选频结构，使低噪声放大器表现出选频特性，不仅能改善其全频带(1MHz~16GHz)稳定性,而且能增强前端子系统的抗干扰性能。
　　最终将制作完成的前端子系统在70K低温区进行测试。由于加工制作、材料参数及设计等诸多误差存在，造成超导线性相位滤波器测试结果与设计值有一定偏差，测试时，通带偏低约2MHz（设计时通带为825~835MHz，测试时通带为823~833MHz），且滤波器通带内回波损耗与设计值相比有明显恶化。前端子系统测试最佳噪声系数为0.61dB，群时延波动小于±15ns的有效带宽占前端子系统通带（823~833MHz）的50%以上，在偏离通带边缘2MHz时前端子系统带外抑制度优于62dB，子系统增益约为25.3dB，输出功率1dB压缩点约14.9dBm，输出功率三阶交调截断点OIP3约为25dBm。总体而言，测试值与设计值基本吻合，展示了超导接收机前端子系统优越的频率选择性和低噪声系数特性。

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第一章 引 言

1.1课题的研究意义和价值

1.2高温超导接收机研究现状

1.3本文的主要内容

第二章 接收机前端系统结构与指标分析

2.1接收机前端系统拓扑结构分析

2.2接收机前端系统指标分析

2.3高温超导线性相位接收机前端子系统结构及指标

第三章 高温超导线性相位滤波器理论分析与设计

3.1线性相位滤波器设计理论分析

3.2高温超导线性相位滤波器设计

第四章 低温低噪声放大器理论分析与设计

4.1低噪声放大器关键理论分析

4.2低噪声放大器的设计

第五章 线性相位接收机前端子系统设计结果与分析

5.1前端子系统的设计结果

5.2前段子系统的设计结果分析

第六章 接收机前端子系统的制作与测试分析

6.1高温超导线性相位滤波器的制作与测试分析

6.2低温低噪声放大器的制作与测试分析

6.3前端子系统的测试与分析

第七章 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果