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Ku波段数字移相器研究

作　者: 冯亚萍
导　师: 车仁信
学　校: 大连交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: Ku波段 PIN二极管数字移相器 ADS
分类号: TN623
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

移相器是相控阵天线中的关键器件,天线的扫描速度和精度与移相器的性能息息相关。按照控制方式的不同可将移相器分为模拟式和数字式两类,其中数字式移相器在移动卫星通信系统中应用较为广泛。数字移相器的位数越多,天线对波束的控制就越精确,但是移相器的设计难度也就越大,如果能设计出性能较好的数字移相器将非常具有实用价值。本文主要针对Ku波段六位PIN管微带数字移相器进行了研究。首先对Ku波段常见的三种PIN管微带数字移相器,包括加载线型移相器、开关线型移相器和反射型移相器的电路结构、移相原理、结构特点及设计方法等进行了详细的分析,为各移相单元具体电路结构的选择和仿真优化提供了理论支持,同时也对PIN二极管的等效电路形式、3dB分支电桥的工作原理以及移相器辅助电路的结构进行了分析、仿真。然后结合具体技术指标的要求确定了六位数字移相器的设计方案,5.625°、11.25°、22.5°、45°小相移的移相器均采用加载线型的结构,90°和180°大相移的移相器分别采用反射型和开关线型的结构,这样可以有效的提高相移精度和减小输入驻波比。在选择合适的电路结构后,根据理论分析和计算的结果,采用Agilent公司的ADS 2008射频仿真软件分别对每个移相单元进行原理图仿真,仿真时电路的输入、输出端口均与50Ω的负载相匹配。通过微调和优化,使移相器的插入损耗、输入驻波比和相移误差等参数满足设计要求,每个移相单元均达到设计要求后,再进行整体的级联仿真。采用相对介电常数为2.2,厚度为0.254mm的聚四氟乙烯介质基板实现Ku波段六位数字移相器的设计、仿真。仿真结果显示,该移相器的工作频率范围是11.7～12.2GHz,在工作频带内移相器的插入损耗小于2.6dB,输入驻波比小于1.35,级联后5.625°、11.25°、22.5°、45°和90°移相器的最大相移误差分别为1.228°、2.437°、3.692°、5.57°和7.032°,性能参数完全满足设计要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
绪论  9-13
  课题研究的背景及意义  9-10
  数字移相器的国内外发展现状  10-12
  本文主要研究内容及论文结构  12-13
第一章数字移相器  13-25
  1.1 移相器的原理及分类  13-14
    1.1.1 移相器的原理  13
    1.1.2 移相器的分类  13-14
  1.2 数字移相器的技术指标  14-16
  1.3 Ku波段PIN管数字移相器  16-24
    1.3.1 加载线型移相器  16-19
    1.3.2 开关线型移相器  19-21
    1.3.3 反射型移相器  21-24
  本章小结  24-25
第二章 PIN二极管  25-37
  2.1 PIN二极管的工作特性  25-29
    2.1.1 直流特性  25-27
    2.1.2 交流特性  27-28
    2.1.3 交直流特性  28-29
  2.2 PIN二极管的等效电路  29-32
    2.2.1 PIN管芯等效电路  29-31
    2.2.2 金丝键合技术的基本原理  31-32
    2.2.3 PIN管芯接入微带电路后的等效电路  32
  2.3 PIN二极管作为微波开关的技术指标  32-34
  2.4 PIN二极管的建模  34-36
    2.4.1 介质板材及二极管的选择  34-35
    2.4.2 模型仿真  35-36
  本章小结  36-37
第三章 Ku波段数字移相单元的研究  37-54
  3.1 设计方案  37-38
  3.2 加载线型移相器的设计  38-45
  3.3 反射型移相器的设计  45-50
    3.3.1 3dB双分支线电桥  45-48
    3.3.2 移相器的设计  48-50
  3.4 开关线型移相器的设计  50-52
  本章小结  52-54
第四章 Ku波段六位数字移相器的研究  54-63
  4.1 数字移相器辅助电路设计  54-59
    4.1.1 偏置电路  54-57
    4.1.2 直流电路  57-59
  4.2 六位数字移相器的级联  59-62
  本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66-67
致谢  67

Ku波段数字移相器研究

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