毫米波单支线耦合器及其在混频器中的应用

摘要

定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器。它在微波系统中应用非常广泛。本文介绍了一种结构简单，制作方便的定向耦合器—单支线定向耦合器。并把这种结构的耦合器应用在W波段单平衡混频器中。在引言中，简要地介绍了定向耦合器和毫米波混频器的发展动态。 在单支线定向耦合器的研究过程中，首先介绍了定向耦合器的基本技术指标，在此基础上详细讨论了单支线定向耦合器的工作原理。在分析设计单支线定向耦合器时，将奇偶模法与格林函数法结合起来，并借助于HFSS仿真软件对该耦合器优化设计，在W波段得到了较好的仿真与测试结果。在85GHz～91GHz频段上，两输出端幅度不平衡度小于1dB。各端口的回波损耗和隔离度均大于10dB。在接下来的测试结果分析中，提出了进一步改进的建议。 为了验证单支线定向耦合器的实用性，采用该耦合器设计了W波段的单平衡混频器。本文在系统地分析了混频器的基本原理，技术指标和单平衡混频器的电路模型后，给出了应用单支线定向耦合器实现单平衡混频器的实现方案。在此基础上应用ADS仿真软件分析混频器的非线性工作状态，利用HFSS仿真软件精确地优化了单平衡混频器的匹配，并进行了电路的制作与测试。在90GHz-94GHz的频带内，混频器的变频损耗小于22.4dB。 另外，本文对波导到微带的对极鳍线过渡和中频低通滤波器做了改进。仿真结果表明：鳍线过渡在85GHz～95GHz的频带内回波损耗大于28dB；低通滤波器的短路点带宽为21.5GHz。 最后在结论中，总结出单支线定向耦合器可以成功地用于W波段的单平衡混频器中，这体现了它的实际应用价值。同时，也总结了课题所存在的不足，提出了改进的建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1毫米波概述

1.2定向耦合器发展动态

1.3毫米波混频器发展动态

1.4论文工作

第二章 单支线定向耦合器基本理论

2.1定向耦合器概述

2.1.1定向耦合器的技术指标

2.1.2对称定向耦合器的散射矩阵

2.1.3常见的几种微带线定向耦合器

2.1.4应用奇偶模理论分析定向耦合器

2.2应用格林函数分析平面单端口矩形电路

2.2.1波动方程和边界条件

2.2.2电路参数的确定

2.3单支线定向耦合器

2.4小结

第三章毫米波混频器基本理论

3.1混频器基本知识

3.1.1肖特基势垒二极管

3.1.2混频器的分类

3.1.3混频器的技术指标

3.2单平衡混频器电路模型及原理

3.3小结

第四章 单支线定向耦合器研究

4.1 X波段单支线定向耦合器的设计与测试

4.2 W波段单支线定向耦合器研制

4.2.1 W波段单支线定向耦合器的设计

4.2.2测试与测试结果

4.2.3结果分析与改进建议

4.3小结

第五章 毫米波平衡混频器研制

5.1 W波段单平衡混频器的实现方案

5.2对极鳍线过渡的改进

5.3中频低通滤波器的设计与改进

5.4二极管的选取与建模分析

5.5平衡混频器的总体仿真与测试

5.6小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕士期间的研究成果