高功率耦合馈电网络的研究

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近几十年来,随着对通信质量的要求越来越高,高功率的天馈网络逐渐受到研究人员和工程师的重视,作为常见的天馈网络,具有高功率属性的双工器自然成为了人们的设计重点,在解决功率问题的过程当中,大家发现滤波器或许是大多数情况下制约功率容量的首要因素,而由HCFM(Hybrid-coupled Filter Combiner Module,混合电桥耦合滤波合路模块)组成的双工器,得益于其独特的原理,可以获得很高的功率容量。本文将基于HCFM的设计,对HCFM所需的3d B定向耦合器和滤波器进行详细的研究,意在设计一种可以适用于高功率通信场合的双工网络的同时探究一套高效的设计方法,重点是滤波器的快速设计。主要工作内容如下:(1)对滤波器的发展过程进行了简单的回顾,然后对滤波器的一些研究方向的现状进行了介绍。(2)针对E面分支线定向耦合器,全面阐述了相关指标和定义,采用经典的奇偶模分析法对综合过程进行了详细的推导,并且给出了一个4分支线的3d B定向耦合器设计实例,仿真结果显示S11≤-30 d B,功率等分性能良好。(3)对带通滤波器的综合进行了介绍,其中包括广义切比雪夫多项式的求解、耦合矩阵的综合、耦合矩阵正确性检验、耦合矩阵的旋转消元,并以无传输零点和有传输零点两种情况为例,完整的展现了上述知识在滤波器设计当中的应用过程,为后续滤波器的设计打下了坚实基础。(4)对两种参数提取(电路模型法、柯西法)以及两种空间映射方法(主动空间映射法、神经网络空间映射法)进行了从理论到实例的全面叙述,结果表明参数提取效果良好,以此为基础的主动空间映射法和神经网络空间映射法分别花费了5次和15次优化次数就达到了很好的优化效果,最后阐明了它们各自的优势,为后续滤波器的不断迭代以获得满足设计指标的响应和功率容量提供高效的技术手段。(5)采用圆波导双模滤波器和普通波导滤波器设计了两款由HCFM级联组成的双工器,仿真结果显示,各个输入端口的回波损耗高于20d B,单个HCFM的输出端口和隔离端口隔离度高于25d B,圆波导双模滤波器方案下两个输入端口隔离度为55d B以上,并对圆波导双模滤波器功率容量进行了分析,通过扩大圆波导半径和添加耐击穿介质来保护调谐螺钉的方式使得这种滤波器的功率容量达到了3000W。(6)对多工网络中十分敏感的滤波器寄生通带问题进行了分析,通过在谐振腔中加载电容膜片,使得谐振腔出现明显的传输极点、零点,再将传输极点交错分布且最好位于其他谐振器的传输零点附近,实现阻带的拓宽,又引入了交叉耦合技术,设计了一款带传输零点的3倍频阻带带宽的滤波器。(7)利用魔T和一定的移相结构替代3d B定向耦合器来设计HCFM,获得了一款结构新颖的HCFM。
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