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宽带高平坦度高方向度定向耦合器的设计研究
作 者: 张大伟
导 师: 高正平;杨思勇
学 校: 电子科技大学
专 业: 软件工程
关键词: 定向耦合器 宽带 高方向度 衰减网络
分类号: TN622
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
在射频段,定向耦合器如果要在一个较宽的频带内及大功率状态给通信系统提供准确的检测信号,必须保证有较高的耦合精度及准确性。要保证这两点,定向耦合器必须具有较高的平坦度及方向度。为了解决定向耦合器的宽带大功率下的工作问题,本文采用了由串、并联变压器构成的定向耦合器电路。在这种电路中,耦合器的耦合度及主线损耗是由串、并联变压器的匝比n决定的。串、并联变压器由传输线在软磁铁氧体磁芯上绕制而成,是一种典型的传输线变压器。理想状态下,在射频段只要保证了传输线变压器在工作频带低端的工作性能,其在频带高端的工作性能就会比较优良。但在实际工作状态下,传输线变压器绕组的并联电感以及由匝间电容和对地电容构成的并联电容都会使定向耦合器的性能参数偏离理想状态下的设计指标,特别是对方向度的影响十分明显。并联电感保证定向耦合器在工作频带低端正常工作的条件,而并联电容则属于寄生参数,其数值越大则定向耦合器的性能越恶劣,应当努力减小。在本文中,采用减少串、并联变压器线圈匝数的方式来降低并联电容。减少线圈匝数虽然可以提高定向耦合器的方向度,但也会降低定向耦合器的耦合度,这一矛盾为定向耦合器的设计带来了困难。为了解决这一矛盾,采用了在耦合器的耦合端及隔离端各添加一个衰减网络补偿耦合度的设计。通过这一设计即可以减少变压器线圈匝数以降低并联电容提高方向度,又可以补偿因变压器线圈匝数减少而降低的耦合度使之稳定在指标要求的范围内。为了保证在整个工作频带内耦合度的平坦度,衰减网络采用了纯电阻构成。最后,为了保证定向耦合器的可靠性及其在各种恶劣工作环境下的适应能力,本文对其采用了降额设计、三防设计以及热设计。对定向耦合器的整个结构进行了热仿真,确认其在常温及高温下达到热平衡后的工作温度不会对器件造成损害,可以保证其正常工作。在工艺制作上,对耦合器的整个制作流程进行了详细设计,并对制作中使用的关键元件及材料进行了分析,确定了一个即有利于保证耦合器可靠性,又调试简便容易实现批量化生产的工艺过程。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-10 第一章 引言 10-23 1.1 论文的研究目的及意义 10-11 1.2 国内外发展现状 11-12 1.3 主要研究途径 12-20 1.3.1 由平行耦合传输线构成的定向耦合器 13-15 1.3.2 分支线定向耦合器 15-17 1.3.3 波导定向耦合器 17-18 1.3.4 变压器式定向耦合器 18-20 1.3.5 对本文器件形式的选择 20 1.4 论文涉及的主要工作 20-21 1.5 本文的创新点 21 1.6 论文结构 21-23 第二章 定向耦合器的电路设计 23-63 2.1 器件设计指标 23-24 2.2 基本原理性电路的研究 24-31 2.2.1 根据串并联耦合变压器原理设计的传输线变压器定向耦合器 24-27 2.2.2 将串并联耦合变压器合并为一个传输线变压器的定向耦合器 27-29 2.2.3 由串并联耦合变压器联合构成的定向耦合器 29-30 2.2.4 对三种电路的对比及小结 30-31 2.3 按照理想状态对定向耦合器的分析 31-35 2.3.1 按照理想变压器模式对定向耦合器电路的计算 31-32 2.3.2 按照理想变压器模式对定向耦合器电路进行计算机仿真 32-35 2.3.3 对本节的总结 35 2.4 对非理想状态下定向耦合器电路的分析及仿真 35-51 2.4.1 变压器磁芯的确定 35-41 2.4.2 串并联变压器分布参数特性分析 41-45 2.4.3 对高频状态下定向耦合器电路的仿真及分析 45-47 2.4.4 关于仿真结果的分析及电路优化 47-51 2.5 对衰减网络的分析及仿真 51-53 2.5.1 T 型衰减网络的计算 51-52 2.5.2 Π型衰减网络的计算 52 2.5.3 两种衰减网络的对比及选择 52-53 2.6 最终的定向耦合器电路及其仿真 53-55 2.7 串并联变压器定向耦合器设计软件开发 55-63 第三章 定向耦合器的宽频性能 63-70 3.1 决定定向耦合器宽频性能的主要因素 63 3.2 传输线变压器的背景及优势 63-66 3.3 传输线变压器的性能 66-70 3.3.1 磁芯磁导率的频率特性 66-67 3.3.2 磁芯磁导率对变压器传输系数的影响 67-70 第四章 可靠性设计与制作工艺 70-88 4.1 可靠性设计的目的 70-71 4.2 降额设计 71-72 4.2.1 降额设计分析 71 4.2.2 对衰减网络的降额设计 71 4.2.3 对串并联变压器的降额设计 71-72 4.3 三防设计 72-74 4.3.1 三防设计分析 72 4.3.2 工艺防护设计 72-74 4.3.3 结构防护设计 74 4.4 热设计 74-78 4.4.1 热设计的作用 74 4.4.2 热设计参数 74-76 4.4.3 热仿真分析 76-78 4.5 制作工艺 78-86 4.5.1 原材料、元件的准备及制备 78-80 4.5.2 焊接 80 4.5.3 灌封及调试 80-81 4.5.4 样品检测 81-86 4.6 分析讨论 86-88 第五章 结论 88-89 致谢 89-90 参考文献 90-92
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电子元件、组件 > 微波传输控制元件 > 耦合器、定向耦合器
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