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摘要
摘要
基于短路支节线结构带内等波纹反射与隔离效果的功分器的研究
随着通信行业的飞速发展,无线通信系统向着大容量、高速率、小型化与集
成化方向发展,微波无源器件的设计对通信系统性能的整体提升起着至关重要的
作用。功率分配器作为关键无源器件之一,在无线通信系统中有着不可或缺的关
键作用。随着第五代通信系统的推广,信息交互量增加,传统功分器性能已经无
法适用这种多标准的系统要求。为满足带宽需求,宽带滤波器件的综合设计一直
是本领域热点研究问题之一。然而以往的工作大多集中在实现S11和S21的性能
的提升上,然而S22和S23的性能上的提升也是设计滤波型功分器的重要环节。
在此研究背景之下,本文提出一种滤波型宽带带内等波纹反射与隔离效果的功分
器的综合设计方法。具体的工作内容总结为以下几个方面:
首先,本文从为端口网络的基本原理入手,对传统的切比雪夫等波纹滤波器
以及威尔金森功率分配器进行了分析。阐述了设计切比雪夫等波纹滤波器的原理
以及约束条件;推导威尔金森功率分配器的奇偶模电路模型,明确在某一频点的
匹配条件。在此基础上,本文提出基于短路支节线结构切比雪夫滤波型阻抗变换
器的综合设计方法。对N阶横向传输线和N+1短路支节线结构的电路模型进行
分析,并让波形逼近切比雪夫等波纹的同时可以实现阻抗的变换。根据变量与约
束关系之间做出详细的分析,讨论了短路支节线个数影响波形的问题。其次阻抗
转换比对可实现范围与满足设计要求的特征阻抗值变化的影响。除此之外,还研
究了短路支节线在不同位置时,对可实现范围以及满足设计要求的特征阻抗值变
化的影响。
其次,提出基于短路支节线结构带内等波纹反射与隔离效果的功分器的设计
方法。利用奇偶模分析方法对短路支节线结构功分器进行分析,表明了计算[S]
矩阵的归纳公式。在偶模分析当中使用了切比雪夫滤波型阻抗变换器的综合设计
方法,实现了切比雪夫等波纹滤波特性。在奇模分析中,对归纳公式对S22和S23
进行条件约束,实现了通带内波纹反射与隔离效果。由于公式的复杂性,变量之
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摘要
间的相关性,在特定的条件下无法完成设计条件。对此本文提出优化方法,完善
了设计方法。
最终本文中使用优化方式设计了3阶传输线与4个短路支节线结构的功分
器。并对电路进行理论仿真、电磁场仿真、测试,验证了综合优化设计方法的可
行性。在实验部分,使用耦合传输线代替传统的传输线结构,使电路尺寸变小,
制作简单。
关键词:
短路支节线,耦合线,滤波功分器,等波纹,优化算法
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