转向耦合器与BST移相器的设计

作     者：郑立方 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金杰

授予年度：2018年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：转向耦合器 调谐枝节 铁电移相器 共面波导 相控天线阵 

摘      要：采用转向耦合器与钛酸锶钡（BST）铁电薄膜与制作的反射型移相器具有移相速度快、移相精度高、插入损耗小、功率容量大等优点,是新型可调谐微波器件比较有竞争力的选择方案,在现代微波系统中有较大应用前景。因此,本论文对转向耦合器和BST移相器的设计与应用进行了研究。本文在深入研究转向耦合器与BST移相器特性的基础上,利用全波电磁仿真软件,提取了转向耦合器和移相器结构参数。为了提高转向耦合器的隔离度,设计了具有开路枝节和短路枝节的新型转向耦合器,并进行了实物制作和测量,验证了设计方案的合理性。将共面波导铁电移相器应用于1×4天线阵列,完成天线阵波束控制,实现了相控天线阵特性。论文主要研究内容如下:1、研究了转向耦合器的原理及其关键技术。分析了开路枝节和短路枝节对耦合器性能的影响,提出了提高耦合器隔离度的方法。仿真优化了枝节的尺寸对耦合器性能的影响,并应用优化后的结构参数进行实物制作和测量,测量结果与仿真结果基本一致,验证了设计方案的可行性。2、研究了加载铁电薄膜的不同结构的移相器性能。采用HFSS仿真了共面波导铁电移相器,研究了衬底厚度、薄膜厚度、地线和传输线间隙等因素对移相器性能的影响。然后仿真了周期叉指结构的铁电移相器,研究了叉指长度、叉指宽度和叉指间隙等因素对移相器移相度、插入损耗和回波损耗的影响。3、研究了BST移相器在天线阵中的应用,每个辐射单元加载共面波导铁电移相器,研究了不同的偏置电压对天线阵的主波束方向的控制,通过设置合理偏置电压网络,完成对天线阵对空间的扫描,实现了相控阵天线特性。