面向无线通信的小型化高性能可重构双工器研究

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随着无线通信技术的不断发展,通信系统朝着小型化、多功能、高速率和低时延的方向发展。这种发展趋势将使频谱占用越来越密,导致频谱拥挤和信号干扰问题日益严重,成为无线通信系统发展的一个重大挑战。可重构电路因其能够更加有效地利用频谱资源而获得了快速发展。因此,开展小型化高性能可重构双工器的研究具有重要意义。论文以本人攻读硕士学位期间所承担的课题为基础,对双工器的设计理论,可重构器件工作原理,磁耦合抑制共模理论和混合电磁耦合理论等进行了深入研究,主要研究内容如下:首先,基于磁耦合抑制共模理论,提出了一款高共模抑制比的共面波导可调平衡双工器。采用多级阶跃阻抗谐振器,实现了双工器的小型化和宽阻带。由于共面波导结构接地无需打孔,易与集总元器件集成的特点,简化了加工,降低了损耗。面向5G通信,设计了一款工作在3.3 GHz-3.6 GHz和4.8 GHz-5.0 GHz的共面波导平衡双工器,该平衡双工器能够实现带内-30 dB的共模抑制。在此基础上,提出了一款高共模抑制比的共面波导可调平衡双工器,其差模隔离度Sdd23抑制在-40 dB以下,通道内共模Scc21和Scc31能够分别抑制在-50 dB和-30 dB。其次,基于混合电磁耦合理论,提出了一款频率和带宽独立可调的双工器。双工器由一对接地1/4波长谐振器构成。谐振器公共短路接地产生磁耦合,开路端通过缝隙产生电耦合,电、磁耦合的混合抵消特性在滤波器的阻带产生了传输零点,提高了通道间的隔离度。进一步,在谐振器开路端加载变容二极管实现对谐振器频率的调节,实现了双工器的频率可调;在谐振器间开路端缝隙加载变容二极管对谐振器间耦合的调节,实现了双工器的带宽可调。最后,基于环形枝节加载谐振器的研究,提出了一款四通道高温超导双工器;进一步,对加载短路枝节的环形枝节加载谐振器的谐振特性进行研究,提出了具有四种工作状态的可切换滤波器和九种工作状态的可切换双工器。通过在谐振器的不同位置加载PIN二极管对该多模谐振器的工作模式进行切换。在多模谐振器的开路端加载PIN二极管可以实现全阻带到通带的转换;在多模谐振器的环形枝节中心加载PIN二极管可以实现三模到四模的转换。
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