射频前端系统中平面准平面宽带无源电路研究

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作为现代射频前端系统的重要组成部分,微波无源电路一直是微波技术领域的研究热点。尽管其已经发展了数十年,但随着现代通信系统的不断进步和发展,对宽带带通滤波器、宽带差分功能电路和宽带滤波型移相器等各类宽带无源电路设计技术的需求日益增加。平面/准平面无源电路因其具有结构简单、成本低、加工简单以及易于集成等优点,因此广泛地应用于现代射频前端系统中。本文基于平面/准平面结构,从宽带带通滤波器、基于微带/槽线混合传输结构和双面平行带线(Double-Sided Parallel Strip Line:DSPSL)的宽带功能融合电路以及宽带滤波型移相器等三个方面,对相关的基本理论、电路拓扑和电路综合设计方法等进行了较深入的探索和研究。本文的研究内容包含以下几个方面:1.对宽带全规范带通滤波器多项式综合和拓扑进行了探索性研究。首先,提出了一种能够实现复数传输极点的宽带全规范带通滤波器特征函数,给出了相应的多项式递归推导公式,并且利用电路综合技术进行了验证,分析了复数传输极点滤波器的群时延特性。其次,针对现有有限频率传输零点全部位于通带右侧的宽带全规范带通滤波器频率高端阻带较窄的问题,提出了一种平面宽阻带宽带全规范带通滤波器拓扑,使其寄生谐振频率移至更高频率处,实现了宽阻带频率响应。2.研究了基于微带/槽线混合传输结构的准平面宽带功能融合电路。首先,提出了一种差分转单端宽带反相功分器,在获得宽带共模抑制特性的同时,实现了差分转单端宽带反相功率分配。其次,提出了一种自带共模抑制特性的单端转差分超宽带功分器,实现了超宽带单端转差分功率分配。最后,在微带/槽线垂直过渡的基础上,通过引入阶跃阻抗谐振器,设计了一种具有带外有限频率传输零点的高选择性宽带带通滤波型180°移相器。该移相器输入/输出端口位于不同金属层,使得整体电路在实现移相功能的同时,实现了层间垂直过渡的功能。3.研究了基于DSPSL的准平面宽带差分功能融合电路。首先,通过改变DSPSL馈电的参考面,将差模激励变成同相信号,共模激励变成反相信号,设计了宽阻带差分低通滤波器和超宽带共模吸收式差分传输线。然后,基于耦合DSPSL结构,设计了一种共模吸收式差分宽带带通滤波器。利用电阻元件将共模噪声转化为热能,最终获得了宽频段范围的共模抑制和吸收特性。4.针对现有宽带滤波型移相器难以兼顾大相移值和低相位偏差的问题,提出了一种新型宽带滤波型移相器。该宽带滤波型移相器是由两部分级联组成:一个是希夫曼(Schiffman)移相单元,另一个是两个具有切比雪夫响应的宽带带通滤波器单元。与传统滤波型宽带移相器不同,该移相器通过在主通路和参考通路中引入Schiffman移相单元来代替延迟线。通过引入Schiffman移相单元,该宽带滤波型移相器可以同时实现宽相移带宽、大相移值和低相位偏差。分析了该宽带滤波型移相器工作原理与相位特性,给出了一种可以设计具有特定相移值、相位偏差、回波损耗和带宽的宽带滤波型移相器的广义综合设计方法。
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