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S波段高性能宽带信道化接收机前端系统的研制

作　者: 马景民
导　师: 罗正祥
学　校: 电子科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 高温超导信道化接收机线性匹配网络双工器低噪声放大器
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文首先简单介绍了课题研究的应用背景以及高温超导技术在接收机中的应用背景,并详细论述了接收机、高温超导双工器和低温低噪声放大器的基本设计原理。之后重点阐述了接收机的设计方法及过程,最后给出了高温超导信道化接收机主要部件以及整体系统的测试结果。根据线性匹配网络的设计方法,通过调节T型传输线的特性阻抗和电长度及带通滤波器前几级谐振器间的耦合系数,成功的完成了连续信道高温超导双工器的设计。与普通的高低通滤波器组成的双工器、耦合器连接带通滤波器组成的双工器、以及环形器构成的双工器相比,这种双工器体积更小、性能更优。并采用常温的设计方法,结合低温的设计经验,设计了一款低温低噪声放大器,大大减小了低噪声放大器的噪声系数。为了达到信道化接收系统的最终目标:增益、频率范围、镜像抑制等,本文还完成了射频模块、混频模块以及中频模块等主要部件的设计。从实验结果来看,由微波表面电阻极低的高温超导薄膜所制成的高温超导双工器具有较小的插入损耗,将其放在系统前端,对整个系统的噪声影响很小。而且低温低噪声放大器工作在液氮温区,减少了热噪声,从而使系统噪声进一步降低。因此由高温超导双工器和低温低噪声放大器组成的高温超导信道化接收机前端系统具有较高的灵敏度、较强的干扰抑制,基本上实现了总体设计目标。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-13
  1.1 课题背景  9
  1.2 超导技术  9-10
  1.3 高温超导接收机的研究现状  10-12
  1.4 本文的主要工作安排  12-13
第二章接收机设计原理  13-23
  2.1 主要指标  13-18
    2.1.1 噪声和噪声系数  13-14
      2.1.1.1 接收机的噪声  13
      2.1.1.2 接收机的噪声系数  13-14
    2.1.2 灵敏度和最小可检测信号  14
    2.1.3 非线性  14-17
      2.1.3.1 1dB 增益压缩点  14-15
      2.1.3.2 互调分量的产生  15-16
      2.1.3.3 二阶互调分量(IM2)  16-17
      2.1.3.4 三阶互调分量(IM3)  17
    2.1.4 动态范围  17-18
    2.1.5 镜像抑制  18
  2.2 接收机的体系结构  18-20
    2.2.1 超外差接收机  18-19
    2.2.2 零中频接收机  19
    2.2.3 双中频接收机  19-20
    2.2.4 低中频接收机  20
  2.3 接收机前端系统的总体指标  20-21
  2.4 系统方案的确定及指标分配  21-23
第三章滤波器双工器设计原理  23-32
  3.1 微波多工器概述  23-25
  3.2 滤波器概述及其低通原型  25-26
  3.3 耦合谐振器带通滤波器的设计理论  26-30
    3.3.1 变态低通原型滤波器  26-27
    3.3.2 带通滤波器的微波实现  27-29
    3.3.3 外部 Q 值以及耦合系数的计算  29-30
  3.4 基于线性匹配网络的双工器设计  30-32
第四章微波低噪声晶体管放大器设计原理  32-41
  4.1 微波低噪声晶体管放大器概述  32
  4.2 放大器的基本分析  32-41
    4.2.1 放大器的功率增益及增益平坦度  33-35
    4.2.2 放大器的稳定性  35-38
      4.2.2.1 图解法稳定判别准则  35-37
      4.2.2.2 绝对稳定条件的解析表达式  37-38
    4.2.3 放大器的噪声系数  38-41
      4.2.3.1 噪声系数  38-39
      4.2.3.2 等噪声系数圆  39-41
第五章雷达接收机前端系统的设计  41-66
  5.1 双工器的设计  41-53
    5.1.1 谐振器的选择  41-42
    5.1.2 耦合系数与外部 Q 值的理论计算  42-43
    5.1.3 基于模拟谐振器耦合系数的计算方法  43-46
      5.1.3.1 模拟谐振器的耦合方式  43-45
      5.1.3.2 模拟谐振器耦合系数的仿真  45-46
    5.1.4 基于模拟谐振器外部 Q 值的计算方法  46-48
    5.1.5 带通滤波器的综合与优化  48-50
    5.1.6 双工器的合成与优化  50-52
    5.1.7 四工器的仿真设计  52-53
  5.2 低噪声放大器的设计  53-64
    5.2.1 晶体管的选择  53
    5.2.2 直流工作点的确定  53-54
    5.2.3 偏置网络的设计  54-55
    5.2.4 晶体管 S 参数的扫描  55-56
    5.2.5 稳定性设计  56-59
    5.2.6 匹配电路的设计  59-60
    5.2.7 低噪声放大器的整体设计  60-64
  5.3 其它部件的设计  64-66
第六章测试结果与分析  66-75
  6.1 双工器的测试  66-68
  6.2 LNA 的测试  68-69
  6.3 接收机的测试  69-73
    6.3.1 增益及 P_(-1dB)的测试  70-72
    6.3.2 三阶交调的测试  72
    6.3.3 灵敏度及动态范围  72-73
    6.3.4 镜像抑制特性的测试  73
  6.4 测试小结  73-75
第七章结论与展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

S波段高性能宽带信道化接收机前端系统的研制

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