无线通信系统中无源关键技术研究

发布时间:2018-10-13 18:23
【摘要】:本论文主要对无线通信系统中的无源关键技术进行研究。提出了通过优化算法确定滤波器阶数及传输零点位置的方法,同时研究与设计了双模及多模带通滤波器,带有滤波特性的威尔金森(Wiilkinson)功分器,多层基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide)功分器,带有滤波特性的基片集成波导功分器,微带—波导同轴探针过渡。本文的主要研究内容如下:首先,基于优化理论提出了满足滤波器幅度指标要求的广义切比雪夫滤波器阶数及传输零点位置的确定方法。通过对提出的优化目标函数进行修正,将该方法推广到可以确定自均衡滤波器的阶数及传输零点位置。通过几个应用实例验证了该方法的有效性和优越性。相对于参考文献所给出的结果,通过本方法所得到滤波器具有阶数低,带外抑制效果好的优点。第二,分别对短路枝节加载谐振器和开路枝节加载谐振器的等效电路进行分析与总结,归纳了枝节加载类型滤波器的带外传输零点分布特点。利用短路枝节加载谐振器设计了四模滤波器及双模双通带滤波器,并通过引入源与负载之间直接耦合增加带外传输零点以改善滤波器的带外传输特性。提出了一种开路枝节加载双模谐振器,该谐振器可以在不改变谐振器外围尺寸的情况下调节谐振频率,利用该谐振器设计了双模带通滤波器。通过改变枝节加载方式分别设计了两种类型的三模谐振器,并应用这两种三模谐振器分别设计加工了三模滤波器。所设计的滤波器具有体积小,频带宽,带外抑制高等优点。第三,提出了通过将Wilkinson功分器中四分之一波长阻抗变换器用滤波器替换,实现具有滤波特性的Wilkinson功分器。基于该设计思想,设计加工了双模、三模滤波功分器,验证了该设计方法的正确性。设计的滤波功分器具有滤波器和功分器的特性,可以有效的减小系统的尺寸。第四,提出了一种多层基片集成波导一分四功分器,该功分器具有体积小,设计简单,两路输出同相,两路输出异相,该功分器可以应用于功率合成及天线馈电网络等设计中,并且可以采用LTCC等多层电路工艺进行加工。第五,结合基片集成波导的高通特性与缺陷地的低通特性,提出了带有滤波特性的基片集成波导功分器,通过改变基片集成波导的等效宽度可以实现下阻带频率的调节,改变缺陷地结构的尺寸可以调节上阻带频率,从而可以灵活调节滤波带宽以满足不同的工程需求。所设计滤波功分器具有体积小,易于与平面电路集成等优点。最后,基于同轴探针耦合设计了Ka频段微带—波导转换过渡结构,并提取了该过渡结构的等效电路,通过电路仿真与场仿真证明了所提取等效电路的正确性。最终通过场仿真设计了波导与微带平行和垂直两种情况下的同轴探针过渡结构,该结构具有结构紧凑、频带宽、密封良好的优点;并且波导输出口可以同轴探针为轴线旋转,可满足实际工程中对波导口不同极化方向的需求。
[Abstract]:This paper mainly studies the non-source key technology in wireless communication system. A method for determining filter order number and transmission zero position by optimization algorithm is presented. Meanwhile, a two-mode and multi-mode band pass filter, a Wilkinson power splitter with filtering characteristics, a multi-layer substrate integrated wave splitter are also studied and designed. a substrate integrated waveguide work splitter with filtering characteristics and a microstrip square waveguide coaxial probe transition. The main contents of this paper are as follows: Firstly, based on the optimization theory, a method of determining the order number and the transmission zero position of the generalized Chefs filter satisfying the requirement of the filter amplitude index is proposed. By modifying the proposed optimization objective function, the method is extended to the order number of the self-equalization filter and the position of the transmission zero point. The validity and superiority of the method are verified by several application examples. Compared with the results given by reference, the filter obtained by the method has the advantages of low order number and good external suppression effect. Secondly, the equivalent circuit of the short-circuit branch-load resonator and the open-circuit branch-loaded resonator are analyzed and summarized respectively, and the characteristic of zero-crossing distribution of the branch-section loading type filter is summarized. A four-mode filter and a dual-mode double-pass filter are designed by using the short-circuit branch-load resonator, and the external transmission zeros are directly coupled between the source and the load to improve the band-out transmission characteristic of the filter. An open-circuit branch-loaded dual-mode resonator is proposed. The resonator can adjust the resonant frequency without changing the peripheral dimension of the resonator, and the dual-mode bandpass filter is designed by using the resonator. Two types of three-mode resonators are designed by changing the load mode of branch sections, and three-mode filters are respectively designed and processed by using these three-mode resonators. The designed filter has the advantages of small volume, wide band width, high band rejection and the like. Thirdly, a Wilkinson power divider with filter characteristics is proposed by replacing a quarter-wavelength impedance transformer in the Wilkinson power splitter with a filter. On the basis of the design idea, a two-mode, three-mode filter power divider is designed and processed, and the correctness of the design method is verified. The designed filter power divider has the characteristics of filter and work divider, which can effectively reduce the size of the system. Fourth, a multi-layer substrate integrated waveguide four-function splitter is proposed, which has the advantages of small size, simple design, two paths of output identical phases, two paths of output out of phase, which can be applied in the design of power synthesis and antenna feed network, etc. and multi-layer circuit processes such as LTCC and the like can be adopted for processing. fifthly, combining the high-pass characteristic of the substrate integrated waveguide and the low-pass characteristic of the defect, a substrate integrated waveguide work splitter with the filtering characteristic is proposed, the adjustment of the lower stop band frequency can be realized by changing the equivalent width of the substrate integrated waveguide, changing the size of the defect ground structure can adjust the upper stop band frequency so that the filtering bandwidth can be flexibly adjusted to meet different engineering requirements. The designed filtering power divider has the advantages of small volume, easy integration with planar circuit and the like. Finally, based on the coaxial probe coupling, the transition structure of Ka-band microstrip transmission waveguide is designed, and the equivalent circuit of the transition structure is extracted, and the correctness of the extracted equivalent circuit is proved by simulation and field simulation. finally, the coaxial probe transition structure in both the parallel and vertical directions of the waveguide and the microstrip is designed through field simulation; the structure has the advantages of compact structure, wide frequency band and good sealing; and the waveguide output port can rotate coaxially with the coaxial probe, and can meet the requirements of different polarization directions of the waveguide ports in practical engineering.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN713

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本文编号:2269523

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