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基于六端口技术的直接变频接收机研究

作　者: 彭浩
导　师: 杨涛
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 六端口结接收机人工神经网络支持向量回归 LTCC
分类号: TN851
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信产品越来越普及，已经成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能将直接影响整个通信系统。选择优化的设计体系结构和合适的制造工艺，并提高系统的性价比，是研究人员追求的方向。实用的接收机有两种基本的体系结构：超外差式和零中频式（又称直接变频）。超外差结构作为最经典的接收机结构，长期在无线系统中扮演着非常重要的角色。近年来，由于直接变频结构具有构造简单、不存在镜频干扰、可依靠低通滤波器进行低频信道的选择、易于集成等优点，逐渐成为研究的热点。直接变频接收机能完成测相、测频、测向、测距和解调数字信号等诸多功能，具有良好的发展前景和广泛的用途。六端口技术作为直接变频接收机中的关键技术，研究者倾注了大量精力对其进行了深入探索，并取得了相应的进展。本论文将研究基于六端口技术的直接变频接收机，完成理论推导、电路功能模块的设计、系统原理框图组建和实物测试平台的搭建等工作。研究工作包括以下一些内容：宽（窄）带六端口结的设计与实现，基于六端口技术的测相法、测频法、测向法和定位法，高增益放大器的设计与实现，基于人工神经网络（ArtificialNeural Networks, ANN）和支持向量回归（Support Vector Regress，SVR）的校准技术，器件和收发系统LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）小型化设计等。本文的主要工作包括以下几个方面：1.系统地介绍了六端口技术的理论，六端口反射仪和基于六端口技术的直接变频接收机的工作原理。根据六端口结的工作原理和设计方法，设计制作了窄带六端口结。为了进一步拓展带宽，研究了两种类型的超宽带功分器和3dB耦合器。基于这些器件，构建了两种超宽带的六端口结；2.构建基于六端口技术的测相、测频、测向和定位系统，完成相关的系统搭建工作，并解决了系统自激振荡、串扰、相位漂移等工程难题。高增益射频放大器是直接变频接收机的设计难点之一。电源线串扰、电磁波空间辐射、内部级联放大器的相互影响等因素将引起放大器自激振荡。在设计时，需要仔细考虑这些因素引入的不确定性，并给出相应的解决对策。基于高增益射频放大器设计的接收系统，需从电磁兼容的角度去搭建系统整机，防止信道和模块间的干扰;3.提出了基于ANN和SVR的校准技术。由于六端口接收机固有的缺陷，如：六端口结幅相的非理想特性、二极管平方率检波器的非线性、微波通道的不一致性等，需要一种简单实用的方法对整个系统进行校准。利用相关仪器测量出一组测试数据，然后将测试数据分为两部分，一部分为训练序列，另一部分为验证序列。训练序列用来得到一个反映输入输出关系的“核”，验证序列的目的是考察“核”的预测效果；4.针对宽带六端口结占用面积较大的缺点，设计了基于LTCC工艺的宽带器件，如3dB耦合器和功分器等。微带和波导是能量传输的两种基本方法，微带线和空气波导特性阻抗的巨大差异使两者之间的过渡结构成为研究的难点，作者提出了利用多谐振片和多节阻抗变换的方式来拓展工作带宽。同时，还构建了小型化LTCC的收发系统。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 选题背景和研究意义  12
  1.2 无线接收机结构  12-15
    1.2.1 超外差接收机  12-13
    1.2.2 零中频接收机  13-14
    1.2.3 其他结构的接收机  14-15
  1.3 六端口技术  15-16
  1.4 国内外研究现状和发展趋势  16-19
    1.4.1 国内外研究现状  16-18
    1.4.2 发展趋势  18-19
  1.5 本文的主要工作  19-20
  1.6 本论文的结构安排  20-21
第二章六端口技术  21-63
  2.1 六端口技术起源  21
  2.2 六端口反射仪  21-27
    2.2.1 任意类型的六端口反射计  22-25
    2.2.2 六端口反射计的几何意义  25-27
  2.3 六端口接收机  27-31
    2.3.1 六端口网络原理  27-30
    2.3.2 六端口接收机结构  30-31
    2.3.3 六端口接收机优势  31
  2.4 六端口结设计与实现  31-61
    2.4.1 窄带六端口结  31-34
    2.4.2 一种宽带六端口结  34-44
      2.4.2.1 共面同相宽带功分器  35-36
      2.4.2.2 交叉串联型宽带 3dB 耦合器  36-41
      2.4.2.3 一种宽带六端口结的实现  41-44
    2.4.3 另一种宽带六端口结  44-61
      2.4.3.1 异面反相宽带功分器  45-50
      2.4.3.2 宽边耦合型宽带 3dB 耦合器  50-57
      2.4.3.3 另一种宽带六端口结的实现  57-61
  2.5 本章小结  61-63
第三章基于六端口技术的接收机系统  63-112
  3.1 测相系统  63-69
    3.1.1 六端口结的构成  64
    3.1.2 高增益运算放大链路  64-66
    3.1.3 测相系统的搭建  66-69
  3.2 宽带测频接收机  69-74
    3.2.1 测频原理  69-72
    3.2.2 系统实现  72-74
  3.3 宽视角测向接收机  74-100
    3.3.1 多基线干涉仪原理  74-75
    3.3.2 系统设计方案  75-78
    3.3.3 系统的功能模块  78-86
    3.3.4 系统结构  86-88
    3.3.5 相关问题的解决途径  88-97
      3.3.5.1 自激和串扰的消除  88-92
      3.3.5.2 驻波对相位测量的影响  92-97
    3.3.6 系统测试  97-100
  3.4 测距定位接收机  100-103
    3.4.1 测距定位原理  101-102
    3.4.2 系统实现  102-103
  3.5 高增益射频放大器设计与实现  103-111
    3.5.1 模块的原理和构成  103-105
    3.5.2 设计实现  105-108
    3.5.3 模块测试  108-110
    3.5.4 设计注意事项  110-111
  3.6 本章小结  111-112
第四章接收机校准技术的研究  112-136
  4.1 人工神经网络  112-115
  4.2 机器学习理论  115-117
  4.3 支持向量机  117-120
  4.4 神经网络校准  120-125
    4.4.1 窄视角测向接收机校准  120-123
    4.4.2 宽带测频接收机校准  123-125
  4.5 支持向量回归校准  125-135
    4.5.1 宽带六端口网络校准  125-129
    4.5.2 宽视角测向接收机校准  129-132
    4.5.3 测距定位接收机校准  132-135
  4.6 本章小结  135-136
第五章关键模块的小型化  136-156
  5.1 LTCC 小型化  136-155
    5.1.1 LTCC-3dB 耦合器  137-143
    5.1.2 LTCC 功分器  143-145
    5.1.3 LTCC 过渡结构  145-151
    5.1.4 LTCC 收发系统  151-155
  5.2 本章小结  155-156
第六章结论  156-158
  6.1 本文的主要贡献  156-157
  6.2 下一步工作的展望  157-158
致谢  158-159
参考文献  159-170
攻博期间取得的研究成果  170-172

基于六端口技术的直接变频接收机研究

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