微波毫米波Project论文

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1、正交混合网络的设计姓名：学号：学院：电子工程与光电技术学院指导老师：李兆龙20正交混合网络的设计摘要随着通信技术的迅猛发展，微带定向耦合器作为微波、毫米波系统中的重要器件也得到了更大的关注。本文先介绍了定向耦合器的研究背景，又通过将输入激励分解成偶模激励和奇模激励的叠加的偶—奇模分解技术从理论上分析了定向耦合器的工作过程。通过软件，对该正交混合网络结构进行原理图仿真，再生成版图。调整原理图中的微带线参数，使得中的仿真结果满足设计指标：回波损耗，完善隔离，以及在端口和端口处的功率匹配的不平衡度。分别设计定向耦合器在低频和高频上微带线

2、结构，并对其进行优化，改善其性能指标。对于工作频率为的定向耦合器，得到如下性能指标：①中心频率；②为；③为；④，。对于工作频率为的定向耦合器，得到如下性能指标：①中心频率；②为；③为；④，。最后，本文分析了所得到的定向耦合器的性能，验证其性能。关键字：定向耦合器微带线优化仿真20一、研究背景移动通信技术迅猛发展,通信频率资源紧张的趋势就日益凸显,通信频率逐渐向高频段发展。在发展高频率通信技术的过程中,微波、毫米波技术发展的战略意义更为突出。微带定向耦合器作为微波、毫米波系统中的重要器件,制约着系统性能和技术水平,其性能的优劣将直接

3、影响到整个系统的质量。正交混合网络是定向耦合器，它在广播电视发射系统中有着广泛的应用。定向耦合器可将一路射频信号分配成幅度相等、相位差为度的信号，也可将两路幅度相等、相位差为度的信号合为一路，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，其直通和耦合臂的输出之间有相位差。这种类型的混合网络通常做成微带线或带状线形式，如下图所示：下面我们利用偶—奇模分解技术来分析正交混合网络的工作过程。参考，分支线耦合器的基本运作如下：所有端口是匹配的，从端口输入的功率对等地分配给端口和端口，这两个端口之间有相移，没有功率耦合

4、到端口（隔离端）。所以矩阵有如下形式：其中，分支线混合网络有高度的对称性，任意端口都可以作为输入端口，输出端口总是在与网络的输入端口相反的一侧，而隔离端是输入输出端口同侧的余20下端口。对称性反映在散射矩阵中是每行可从第一行互换位置得到。首先用归一化形式画出正交混合微带线的电路示意图，如所示。假定在端口1输入单位幅值的波。归一化的正交混合微带线电路可分解为偶模激励和奇模激励的叠加，如所示。因为该电路是线性的，所以实际的响应可从偶模和奇模激励响应之和获得。正交混合微带线分解为偶模和奇模：（a)偶模（e);(b)奇模（o)因为激励的对

5、称性和反对称性，四端口网络能分解为一组两个无耦合的二端口网络，如所示。因为这两个端口的输入波振幅为，所以在正交混合微带线网络每个端口处的振幅可表示为20式中，和是所示二端口网络的偶模和奇模的反射系数和传输系数。奇模二端口网络的和可通过将电路中的每个级联器件的ABCD矩阵相乘得到：给出反射系数和传输系数为同样，对于偶模可以得到可以得到如下结果：结合上述表达式可得到理想正交混合微带线网络的散射参数为：20三、仿真设计（一）现在我们要使用厚的介质作为底层材质，设计一个工作频率在的微带线结构。为了用仿真出符合指标的结构，考虑先设计出原理图

6、结构。在中画出正交混合网络结构如下图：并设置介质参数：20使用罗杰斯公司的作为微带线的介质材料，通过查阅罗杰斯公司的官网，可以查阅到的参数：为了求得正交混合网络各支臂的尺寸，利用中的功能：将所用介质的参数导入中，并设置电参数：特性阻抗为，电长度为和结构参数：中心频率为。对其进行综合，可知对于上述参数条件，合适的物理尺寸为：微带线的宽度为，长度为。同样对于特性阻抗为，电长度为的微带线，同样可以综合得到合适的物理尺寸为：微带线的宽度为，长度为。将通过的得到的各支臂微带线的尺寸导入原理图中，并在正交混合网络的四个端口处接入负载。接入参数

7、仿真元件，设置扫描频率：20原理图如下：点击仿真按钮，在弹出的窗口中绘制，，，曲线：从上图可以看出，仿真结果并不令人满意。于是，对电路图中各支臂的尺寸20进行调节。当网络结构的，支臂长度时，可得到参数的曲线走向如下：从上图中可以得到，中心频率将原理图中的负载，，无效化，由原理图直接生成版图，有：20选择中菜单中的以导入原理图中的数据，选择中的——，设置版图仿真中的扫描频率:对其进行仿真，有：20在其中做出，，，的曲线，如下：于是在版图仿真中有：中心频率20和原理图仿真结果有些偏差。为了在版图中得到的中心频率，对原理图中各支臂微带线

8、的尺寸进行微调，在中观察结果。当原理图如下时，我们得到更优的仿真结果。其在中，，，的曲线为：20其中：中心频率同时可以得到，的相位曲线：在中心频率处，有大约的相位差。（二）20如果同样的介质应用在高频上，考察其性能指标是否可以满足。将工作频率由低频