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微波无源器件综合新技术及其计算机辅助调试概述

  • 发布日期:2014-12-19
  • 责任编辑:lgg
  • 论文字数:32500
  • 点击:
  • 论文编号:fb201411281355529443
  • 论文类型:硕士毕业论文
  • 论文价格:150

第一章 绪论


1.1 研究背景及意义
随着技术的进步,工程上对微波器件的设计、优化和实现方面有了更高的要求。微波滤波器几乎是所有微波射频通信系统不可或缺的器件。微波滤波器的基本作用就是在特定的频段将需要的和不需要的信号隔离开来。随着通信系统的发展,更高的频段被逐渐开发应用,并且制定了相应的标准。通信频段的日益紧张拥挤,滤波器的选择性指标变得越发突出。其他的指标在不同的应用场合会有具体的要求。通常,工程师以插入损耗、回波损耗、阻带衰减、带内群时延等指标来衡量滤波器的性能。滤波器要求低损耗和较大的回波损耗。频率选择性是一个滤波器的重要特征。对于高选择性滤波器,通道间的隔离频带可以非常小。较小的群时延和带内波动可以减小信号的失真。其他物理特性,如体积小、重量轻、温度漂移等问题也是需要考虑的。
………..


1.2 微波滤波器、多工器的发展历史与研究现状
微波滤波器设计与实现的研究已经经历了将近一个世纪的发展。1897 年,LordRaleigh ?#29366;?#25552;出空心导体圆柱可?#28304;?#23548;电磁波,并且指出可传导的电磁波频率存在一个下限[1]。 1902 年,R. H. Weber 解释了波导中波速比光速慢的原因:这是由于平面波在波导中传播时的路径是“之”字形的。1915 年,德国科学家 Wagner?#29366;?#27491;式提出滤波器的概念[2]。1923 年,贝尔实验?#19994;?Zobel 提出了“镜像参数法”设计无源集总滤波器的方法[3],在接下来数十年该方法是工程师们设计滤波器行之有效的方法。在 20 世纪 40 年代,Darling 和 Cauer 由指定的传输函数出发综合出了滤波器网络。在那个时代,大量复杂的计算还不是很现实,所以只能作为学术研究的一个点,还没?#22411;?#21521;实际应用。1954 年,通过公式计算求得滤波器低通原型的元件值[4],这是滤波器发展史上重要的里程碑。1962 年,G. Matthaei 在其书中系统的介绍了滤波器的经典设计方法做了比较全面和系统的介绍。二十世纪七十年代早期,通信系统技术发生了一场变革。随着卫星通信系统投入使用而且对其的指标要求越来越高。这意味着应用于卫星通信系统的射频频段不得不更高,以满足体积所要求的指标。实?#25351;?#39057;段器件的技术也有了很大的提高。例如前端低噪放、高功率传输放大器、天线系统和无源器件都有了长足的进步。随着频段的日益紧张,通道滤波器某些指标变得更加严苛,在卫星通信系统中,需要将一个频段分成若干通道或者将若干通道合并成一路,这是通过多工器来实现的。这类多工器的通道滤波器相?#28304;?#23485;通常为 0. 2%  2%[5]。在过去三十年中,随着技术的进步,滤波器在体积和重量方面大大缩小,加工生产周期也大为缩短。
………..


第二章 微波滤波器综合技术的研究


2.1 引言
关于滤波器综合技术的研究,前人已做了大量重要的?#27605;譡1-13]。随着通信技术的日益?#27604;伲?#28388;波器在通信系统中的地位变得越来越重要,指标也变得越来越严苛,例如群时延、插入损耗和带外抑制水平[14-17]。而实现有限传输零点能够使带外抑制下降的更快,如广义切比雪夫响应滤波器[18-20]。除以上文献外,人们对滤波器的综合技术进行了大量的研究,提出了各种实现有限传输零点的方法。本章对滤波器的综合技术进行了全面的总结,并且引出了混合拓扑结构滤波器综合方法,为后面的章节奠定基础。
…………


2.2 交叉耦合滤波器的综合理论
交叉耦合滤波器原型电路是一个广义耦合的网络,如图 2.1 所示。电路通过耦合元件将一系列集总元件与串联谐振腔连接起来。该网络模型能够用 N  N阶矩阵来表示,其中N 是滤波器网络的阶数。矩阵中的元素包含谐振腔之间的耦合?#21512;?#37051;谐振腔之间的耦合(主耦合),非相邻谐振腔之间的耦合(交叉耦合)。由于该网络中的电路元件是无源互易的,所?#25321;?#21512;矩阵也是关于主对角线对称的。为了更进一步直观的表示微波滤波器电路网络,耦合元件由阻抗、导纳变换器替代。随着射频频段越来越拥挤,指标要求也越来越高。图 2.2 中的滤波器网络模型应用越来越广泛。频不变(FIR)电抗元件表示谐振腔谐振频率对中心频率的偏移,它与耦合矩阵主对角线?#31995;?#20803;素一一对应。由于变换器也是不随频率变化的,图 2.2 也可以认为是一个低通原型网络,这在某种程度上大大的简化了滤波器综合过程。

……….


第三章 星点式多工器综合技术 .... 43
3.1 引言 ........ 43
3.2 邻接型双工器的综合技术 .... 43
3.2.1 双工器通道滤波器特征多项式的计算...... 44
3.2.2 双工器综合实例... 48
3.3 邻接型三工器的综合技术 .... 54
3.4 本章小结.....60
第四章 新型多工器综合技术 ...... 61
4.1 引言.........61
4.2 含有非谐振点的双工器综合...61
4.3 含有非谐振点的三工器综合...65
4.4 混合拓扑结构的双工器综合...68
4.5 本章小结.....70
第五章 基于 ASM 与 VF 的机辅调试技术的研究 ... 71
5.1 引言.........71
5.2 空间映射算法的回顾.........71
5.3 矢量拟合技术概述....78
5.4 相位加载效应的消除.........81
5.5 诊断调试实例........81
5.6 本章小结.....96


第七章 多工器有理模型的提取技术


7.1 引言
在微波研?#33499;?#22495;,如何由频率采样点来获得降阶的有理模型一直是人们关注的研究热点。其主要应用集中在从微波器件的测量(有耗情况)或仿真(无耗情况)响应中提取电路模型,提取等效电路模型是自动调试过程中的关键一步。在第六章中我?#19988;?#32463;看到柯西法在提取滤波器的有理模型是高效快速的[1-3].近年来如何由有损耗的测量数据综合出等效的电路模型是人们的努力方向,这是计算机辅助调试的基础[4-5]。本章首先提出了一?#25351;?#36827;的双工器有理模型提取方法,并通过算例验证了该方法的正确性与有效性。然后将该方法推广到三工器,得到了同样好的效果。最后将该方法从理论上推广到普适的情况下:多工器。
……….


结论


无线通信系统在近些年来有了巨大的发展。宽带通信系统、第三代与第四代移动通信系统、无线通信系统?#32479;?#23485;带系统的快速发展要求新型微波器件必须有更加严苛的指标。而且,卫星通信将远程通信发展到移动通信、航空航海和遥感等应用领域。微波谐振器件诸如微波滤波器、双工器、多工器是以上系统中的关键器件。随着技术的进步,微波器件的设计、优化、实现有了更高的要求。其中综合、调试是微波器件研究的重要问题。滤波器、多工器的拓扑结构日益复杂,滤波器、多工器综合理论研究的重要性日益突出。调试对复杂结构滤波器的生产周期与成本有很大影响。尤其是对于民用通信设备大批量生产时,指导滤波器快速调试的方法能够有效缩短生产周期,节约生产成本。针对上述问题,本文在滤波器、多工器综合理论方面,滤波器计算机辅助调试方面,多工器有理模型提取方面进行了深入的研究,工作主要体现在以下几个方面:?#28304;?#32479;的交叉耦合滤波器综合理论进行了回顾,并且对几?#20540;?#22411;的拓扑结构的综合进行了?#24471;鰨?#35813;方法若要实现最大的有限传输零点个数,需引入源与负载耦合;该方法能够实?#25351;词?#26377;限传输零点起到相位平衡的作用。回顾了含有非谐振点的滤波器综合理论,该方法能够在不引入源与负载耦合的情况下能够实现最多的零点,这一点是交叉耦合滤波器所不具有的优势,但是该方法不能够实?#25351;词?#26377;限传输零点。针对前两种方法的不足,引进了混合拓扑结构的滤波器综合技术。该方法将前两种方法的优点结合了起来,既能实?#25351;词?#26377;限传输零点起到相位平衡的作用,又能含有非谐振点,使得滤波器后期调试更加简单。
…………
参考文献(略)

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