X波段高功率低插损及小型化波导移相器的研究

摘要

移相器是相控阵雷达、微波通信、高功率微波等系统不可或缺的器件，在应用中起到波束指向控制和波束成形作用。高功率微波、相控阵雷达等应用的发展，对移相器提出了更高要求，如高功率容量、低插损、小型化等。本文着重研究了X波段高功率低插损波导移相器和X波段低插损小型化波导移相器。
　　首先，基于加载型移相器的基本原理，提出了高功率低插损PIN管波导移相结构。该移相结构包括:(1)在宽壁上有开槽的金属波导;(2)加载在该槽上的双支节导带;(3)两个跨接在双支节导带上的耐高功率PIN管（如碳化硅管）;(4)相关的控制电路等。通过控制两个PIN管的偏置，改变其电容值，实现相位变化。结果表明，与同类的PIN管波导移相结构相比，其插入损耗低，回波损耗小，且峰值功率容量理论上在MW级别。其次，基于Y型结铁氧体环行器，采用大自旋波线宽铁氧体材料以及将直流磁偏置电路外置，设计了一种可耐高功率的低插损铁氧体环行器开关。再次，基于该铁氧体环行器开关，结合U型波导（或慢波波导）结构，提出并实现了一种新型的180°移相、高功率低插损的波导移相结构，并进行了加工和测试。低功率实测结果与仿真结果基本吻合。最后，基于上述两种移相结构，设计了四位高功率低插损波导移相器。相比于现有结果，该移相器功率容量较高，插入损耗更小。
　　基于加载型移相器原理，利用在双脊波导上对称加载、非等距级联“L”型导带，实现了小型化、小角度移相的“L”型导带加载波导移相结构。同时，在双脊波导上加载环行导带结构，采用开关控制该导带结构的“开环”和“闭环”状态，进而实现小型化、大角度相移;将上述两种结构级联，设计了低插损小型化波导移相器，相移量范围为0°～180°。结果表明，与同类的波导移相器相比，其插入损耗较小，尺寸明显减小。

目录

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摘要

图表目录

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法及路线

1．3．3 本文结构

第2章 高功率低插损PIN管波导移相结构的研究

2．1 引言

2．2 高功率低插损PIN管波导移相结构及基本原理

2．2．1 高功率低插损PIN管波导移相结构的基本原理

2．2．2 高功率低插损PIN管波导移相结构

2．3 高功率低插损PIN管波导移相结构的实现

2．3．1 PIN管波导移相结构的设计

2．3．2 PIN管波导移相结构的功率容量分析

2．3．3 波导槽尺寸及加载结构位置对PIN管波导移相结构性能的影响

2．4 高功率低插损PIN管波导移相结构实验验证

2．5 与已有的PIN管波导移相结构性能比较

第3章 高功率低插损铁氧体波导移相结构的研究

3．1 引言

3．2 传统铁氧体环行器开关简介

3．3 铁氧体材料的基本理论

3．3．1 铁氧体材料的张量磁导率

3．3．2 铁氧体材料的非线性效应

3．4 高功率低插损铁氧体环行器开关的基本原理与实现

3．4．1 铁氧体环行器开关的基本原理

3．4．2 铁氧体环行器开关功率容量的估算

3．4．3 铁氧体环行器开关的设计

3．4．4 均匀直流磁场偏置电路的设计

3．5 高功率低插损铁氧体波导移相结构的基本原理与实现

3．5．1 高功率低插损铁氧体波导移相结构的基本原理

3．5．2 高功率低插损铁氧体波导相结构

3．5．3 U型波导结构的设计

3．5．4 铁氧体波导移相结构的仿真分析

3．6 高功率低插损铁氧体波导移相结构实验验证

3．7 高功率低插损铁氧体波导移相结构性能的改善

3．7．1 铁氧体环行器开关性能的改善

3．7．2 慢波波导结构的设计

3．7．3 改进的高功率低插损铁氧体波导移相结构的设计

3．8 与已有的铁氧体波导移相结构性能对比

第4章 四位高功率低插损波导移相器的研究

4．1 引言

4．2 0°～157．5°高功率低插损波导移相结构的实现

4．3 四位高功率低插损波导移相器的实现

4．4 与已有的同类波导移相器性能比较

5．1 引言

5．2 波导移相器横截面尺寸小型化

5．3 小角度导移相结构的研究

5．3．1 “L”型导带加载波导移相结构

5．3．2 “L"型导带加载波导移相结构的基本原理

5．3．3 基于“L”型导带加载波导移相结构的5．625°与11．25°小角度设计

5．3．4 0°～39．375°“L”型导带加载波导移相结构的小型化设计

5．4 大角度波导移相结构的研究

5．4．1 环型导带波导移相结构及基本原理

5．4．2 基于环型导带波导移相结构的45°设计

5．4．3 基于环型导带波导移相结构的90°设计

5．5 0°～180°低插损小型化波导移相器的实现

5．6 0°～180°低插损小型化波导移相器性能的改善

5．7 0°～180°低插损小型化波导移相器实验验证

5．8 与已有的同类波导移相器性能比较

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果