橫跨定向耦合器的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究.pdf

1、微帶同向定向(Co-directional，COD)耦合器大多基于分支線結(jié)構(gòu)，其體積大，頻帶窄;由于加工工藝所限，基于平行耦合線結(jié)構(gòu)的反向定向(Contra-directional，CTD)耦合器耦合線間隙不能太小，無法實(shí)現(xiàn)緊耦合。相比于COD耦合器和CTD耦合器，橫跨定向(Trans-directional，TRD)耦合器具有緊耦合、電路尺寸小和固有隔直等優(yōu)點(diǎn)，因此研究TRD耦合器及其應(yīng)用具有重要的意義。
　　為了適應(yīng)通信系統(tǒng)發(fā)

2、展的需要，TRD耦合器還有許多問題待解決。因此論文致力于新型TRD耦合器及其應(yīng)用研究。提出新型TRD耦合器的設(shè)計(jì)方法，并將TRD耦合器應(yīng)用到微波電路中，提高電路系統(tǒng)的性能。本課題由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、交通運(yùn)輸部交通應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作如下:
　　(1)提出一種高方向性弱耦合TRD耦合器的設(shè)計(jì)方法，給出了嚴(yán)格的參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，采用電容加載缺陷性地耦合共面波導(dǎo)(Coplan

3、arWaveguide，CPW)和電感加載非對(duì)稱共面波導(dǎo)(Asymmetrical Coplanar Waveguide，ACPW)傳輸線研制了兩款耦合度分別為10 dB和20 dB的TRD耦合器。與相同耦合度傳統(tǒng)平行耦合線定向耦合器相比，提出的弱耦合TRD耦合器的方向性更優(yōu)。
　　(2)提出一種TRD耦合器小型化的設(shè)計(jì)方法。推導(dǎo)了LC元件加載傳輸線的參數(shù)設(shè)計(jì)公式，并以此為基礎(chǔ)，研制了一款體積小、方向性高的TRD耦合器。與傳統(tǒng)平行

4、耦合線結(jié)構(gòu)TRD耦合器相比，論文提出的TRD耦合器體積縮小了47.6％，方向性提高了15 dB。
　　(3)提出一種頻率可調(diào)節(jié)TRD耦合器的設(shè)計(jì)方法，將頻率可調(diào)節(jié)相對(duì)帶寬提高到了66.7％。此外，又提出一種耦合度可重構(gòu)TRD耦合器的設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)了其參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)表達(dá)式，并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟?；谠撛O(shè)計(jì)步驟，研制了一款耦合度可重構(gòu)范圍為3～40 dB的TRD耦合器。當(dāng)耦合度為40 dB時(shí)，該TRD耦合器可作為一個(gè)過橋，實(shí)現(xiàn)了功能可

5、重構(gòu)。
　　(4)提出一種基于TRD耦合器的輸入/輸出端口無交叉180°混合環(huán)的設(shè)計(jì)方法。該混合環(huán)由CTD耦合器、TRD耦合器和相位差為180°的兩條相移線組成。混合環(huán)中CTD耦合器和TRD耦合器的耦合度可以根據(jù)加工精度自由選擇，設(shè)計(jì)靈活度高。此外，電路中沒有跨接線、電氣化過孔和多層結(jié)構(gòu)，更易加工。小體積和固有隔直也是該混合環(huán)的特點(diǎn)。為了進(jìn)一步擴(kuò)大該混合環(huán)的應(yīng)用范圍，對(duì)TRD耦合器進(jìn)行了改進(jìn)，又提出一種任意耦合度輸入/輸出端口無交

6、叉180°混合環(huán)。給出了改進(jìn)TRD耦合器的解析設(shè)計(jì)公式和任意耦合度輸入/輸出端口無交叉180°混合環(huán)的設(shè)計(jì)方法。
　　(5)基于TRD耦合器設(shè)計(jì)了高性能多模衛(wèi)星導(dǎo)航終端有源天線。該有源天線的輻射部分集成了短路圓環(huán)抑制表面波(Shorted-annular-ringReduced-surface-wave，SAR-RSW)貼片和反向短路圓環(huán)抑制表面波(InvertedShorted-annular-ring Reduced-surf

7、ace-wave，ISAR-RSW)貼片，通過采用電容耦合饋電技術(shù)和空氣層加載技術(shù)展寬了天線的阻抗帶寬，使其能夠覆蓋GPS、GLONASS、GALILEO和BD定位導(dǎo)航信號(hào)。該有源天線的饋電網(wǎng)絡(luò)集成了正交的TRD耦合器，通過采用TRD耦合器對(duì)SAR-RSW貼片和ISAR-RSW貼片饋電，展寬了天線的圓極化帶寬。為了減少SAR-RSW貼片與ISAR-RSW貼片之間的互耦效應(yīng)，提高天線的抗多徑性能，提出了基于缺陷性地結(jié)構(gòu)(Defected