微波毫米波Project論文

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1、正交混合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：電子工程與光電技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師：李兆龍20正交混合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)摘要隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，微帶定向耦合器作為微波、毫米波系統(tǒng)中的重要器件也得到了更大的關(guān)注。本文先介紹了定向耦合器的研究背景，又通過(guò)將輸入激勵(lì)分解成偶模激勵(lì)和奇模激勵(lì)的疊加的偶—奇模分解技術(shù)從理論上分析了定向耦合器的工作過(guò)程。通過(guò)軟件，對(duì)該正交混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行原理圖仿真，再生成版圖。調(diào)整原理圖中的微帶線參數(shù)，使得中的仿真結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)：回波損耗，完善隔離，以及在端口和端口處的功率匹配的不平衡度。分別設(shè)計(jì)定向耦合器在低頻和高頻上微帶線

2、結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，改善其性能指標(biāo)。對(duì)于工作頻率為的定向耦合器，得到如下性能指標(biāo)：①中心頻率；②為；③為；④，。對(duì)于工作頻率為的定向耦合器，得到如下性能指標(biāo)：①中心頻率；②為；③為；④，。最后，本文分析了所得到的定向耦合器的性能，驗(yàn)證其性能。關(guān)鍵字：定向耦合器微帶線優(yōu)化仿真20一、研究背景移動(dòng)通信技術(shù)迅猛發(fā)展,通信頻率資源緊張的趨勢(shì)就日益凸顯,通信頻率逐漸向高頻段發(fā)展。在發(fā)展高頻率通信技術(shù)的過(guò)程中,微波、毫米波技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義更為突出。微帶定向耦合器作為微波、毫米波系統(tǒng)中的重要器件,制約著系統(tǒng)性能和技術(shù)水平,其性能的優(yōu)劣將直接

3、影響到整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。正交混合網(wǎng)絡(luò)是定向耦合器，它在廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。定向耦合器可將一路射頻信號(hào)分配成幅度相等、相位差為度的信號(hào)，也可將兩路幅度相等、相位差為度的信號(hào)合為一路，因此定向耦合器具有功率合成和功率分配的性能。二、原理分析定向耦合器，其直通和耦合臂的輸出之間有相位差。這種類(lèi)型的混合網(wǎng)絡(luò)通常做成微帶線或帶狀線形式，如下圖所示：下面我們利用偶—奇模分解技術(shù)來(lái)分析正交混合網(wǎng)絡(luò)的工作過(guò)程。參考，分支線耦合器的基本運(yùn)作如下：所有端口是匹配的，從端口輸入的功率對(duì)等地分配給端口和端口，這兩個(gè)端口之間有相移，沒(méi)有功率耦合

4、到端口（隔離端）。所以矩陣有如下形式：其中，分支線混合網(wǎng)絡(luò)有高度的對(duì)稱(chēng)性，任意端口都可以作為輸入端口，輸出端口總是在與網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相反的一側(cè)，而隔離端是輸入輸出端口同側(cè)的余20下端口。對(duì)稱(chēng)性反映在散射矩陣中是每行可從第一行互換位置得到。首先用歸一化形式畫(huà)出正交混合微帶線的電路示意圖，如所示。假定在端口1輸入單位幅值的波。歸一化的正交混合微帶線電路可分解為偶模激勵(lì)和奇模激勵(lì)的疊加，如所示。因?yàn)樵撾娐肥蔷€性的，所以實(shí)際的響應(yīng)可從偶模和奇模激勵(lì)響應(yīng)之和獲得。正交混合微帶線分解為偶模和奇模：（a)偶模（e);(b)奇模（o)因?yàn)榧?lì)的對(duì)

5、稱(chēng)性和反對(duì)稱(chēng)性，四端口網(wǎng)絡(luò)能分解為一組兩個(gè)無(wú)耦合的二端口網(wǎng)絡(luò)，如所示。因?yàn)檫@兩個(gè)端口的輸入波振幅為，所以在正交混合微帶線網(wǎng)絡(luò)每個(gè)端口處的振幅可表示為20式中，和是所示二端口網(wǎng)絡(luò)的偶模和奇模的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)。奇模二端口網(wǎng)絡(luò)的和可通過(guò)將電路中的每個(gè)級(jí)聯(lián)器件的ABCD矩陣相乘得到：給出反射系數(shù)和傳輸系數(shù)為同樣，對(duì)于偶?？梢缘玫娇梢缘玫饺缦陆Y(jié)果：結(jié)合上述表達(dá)式可得到理想正交混合微帶線網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)為：20三、仿真設(shè)計(jì)（一）現(xiàn)在我們要使用厚的介質(zhì)作為底層材質(zhì)，設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率在的微帶線結(jié)構(gòu)。為了用仿真出符合指標(biāo)的結(jié)構(gòu)，考慮先設(shè)計(jì)出原理圖

6、結(jié)構(gòu)。在中畫(huà)出正交混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖：并設(shè)置介質(zhì)參數(shù)：20使用羅杰斯公司的作為微帶線的介質(zhì)材料，通過(guò)查閱羅杰斯公司的官網(wǎng)，可以查閱到的參數(shù)：為了求得正交混合網(wǎng)絡(luò)各支臂的尺寸，利用中的功能：將所用介質(zhì)的參數(shù)導(dǎo)入中，并設(shè)置電參數(shù)：特性阻抗為，電長(zhǎng)度為和結(jié)構(gòu)參數(shù)：中心頻率為。對(duì)其進(jìn)行綜合，可知對(duì)于上述參數(shù)條件，合適的物理尺寸為：微帶線的寬度為，長(zhǎng)度為。同樣對(duì)于特性阻抗為，電長(zhǎng)度為的微帶線，同樣可以綜合得到合適的物理尺寸為：微帶線的寬度為，長(zhǎng)度為。將通過(guò)的得到的各支臂微帶線的尺寸導(dǎo)入原理圖中，并在正交混合網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)端口處接入負(fù)載。接入?yún)?shù)

7、仿真元件，設(shè)置掃描頻率：20原理圖如下：點(diǎn)擊仿真按鈕，在彈出的窗口中繪制，，，曲線：從上圖可以看出，仿真結(jié)果并不令人滿(mǎn)意。于是，對(duì)電路圖中各支臂的尺寸20進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的，支臂長(zhǎng)度時(shí)，可得到參數(shù)的曲線走向如下：從上圖中可以得到，中心頻率將原理圖中的負(fù)載，，無(wú)效化，由原理圖直接生成版圖，有：20選擇中菜單中的以導(dǎo)入原理圖中的數(shù)據(jù)，選擇中的——，設(shè)置版圖仿真中的掃描頻率:對(duì)其進(jìn)行仿真，有：20在其中做出，，，的曲線，如下：于是在版圖仿真中有：中心頻率20和原理圖仿真結(jié)果有些偏差。為了在版圖中得到的中心頻率，對(duì)原理圖中各支臂微帶線

8、的尺寸進(jìn)行微調(diào)，在中觀察結(jié)果。當(dāng)原理圖如下時(shí)，我們得到更優(yōu)的仿真結(jié)果。其在中，，，的曲線為：20其中：中心頻率同時(shí)可以得到，的相位曲線：在中心頻率處，有大約的相位差。（二）20如果同樣的介質(zhì)應(yīng)用在高頻上，考察其性能指標(biāo)是否可以滿(mǎn)足。將工作頻率由低頻