過孔陣列共面波導(dǎo)和共面帶線傳輸特性及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，促使著微波電路與系統(tǒng)向著高頻段、高集成度，低成本，輕量化，低功耗和多功能的方向發(fā)展，對微波傳輸線的要求也越來越復(fù)雜和多樣化。相比于其他平面?zhèn)鬏斁€，共面波導(dǎo)和共面帶線具有電場極化方向平行、便于加載集總參數(shù)元件、適于探針連接等特點，因而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微波毫米波系統(tǒng)中。但共面波導(dǎo)和共面帶線存在著阻抗過大、可用阻抗范圍小、難以直接連接50歐姆系統(tǒng)、縫隙過小、工藝容差小、功率容量小和串?dāng)_嚴(yán)重等問題。本文提出了基于過孔陣

2、列的共面波導(dǎo)(Post Wall Coplanar Waveguide:PWCPW)和基于過孔陣列的共面帶線(Post Wall Coplanar Stripline:PWCPS)。PWCPW和PWCPS在保留傳統(tǒng)共面波導(dǎo)和共面帶線優(yōu)點的同時，還具有阻抗適中、可用阻抗范圍大、工藝容差大、功率容量大和串?dāng)_小的特點。上述特點使得PWCPW和PWCPS可用于多種類型的微波無源器件和天線。
　　本文的工作涵蓋了PWCPW和PWCPS傳輸線

3、的基礎(chǔ)到其應(yīng)用，主要內(nèi)容如下:
　　1.提出了基于過孔陣列的共面波導(dǎo)PWCPW和基于過孔陣列的共面帶線PWCPS，解決了傳統(tǒng)共面波導(dǎo)和共面帶線存在的特性阻抗大、可用阻抗范圍小、功率容量低和串?dāng)_大等問題。提出了計算PWCPW或PWCPS特性阻抗的分解方法，該方法將PWCPW或PWCPS分解為傳統(tǒng)空氣共面波導(dǎo)或傳統(tǒng)空氣共面帶線，再并聯(lián)矩形介質(zhì)填充波導(dǎo)，并由此導(dǎo)出了特性阻抗的解析表達(dá)式，解明了特性阻抗與傳輸線橫截面尺寸和介電常數(shù)的關(guān)系。

4、此方法具有明顯的物理意義，對傳輸線的分析和設(shè)計具有指導(dǎo)意義。然后仿真和實驗研究了PWCPW和PWCPS，檢驗了特性阻抗解析表達(dá)式的精度，實測了PWCPW和PWCPS在10MHz到20GHz的反射和傳輸特性，并在頻域與傳統(tǒng)形式的共面波導(dǎo)和共面帶線進(jìn)行了傳輸特性的對比。然后運用基于信號空間的歸一化歐氏距離及其數(shù)量矩陣，將PWCPW和PWCPS與普通的共面波導(dǎo)和共面帶線的傳輸特性在時域進(jìn)行了比較，頻域和時域比較的結(jié)果均顯示了PWCPW和PWC

5、PS具有優(yōu)良的傳輸性能。提出了微帶線-PWCPS、PWCPW-PWCPS和同軸-PWCPS的脈沖反極性三種過渡結(jié)構(gòu)，并分別在頻域和時域?qū)ζ湫阅苓M(jìn)行評估，結(jié)果顯示，提出的過渡結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、功率容量大、脈沖傳輸性能好、可應(yīng)用同軸接頭直接進(jìn)行饋電等優(yōu)點。
　　2.提出了多種基于PWCPW和PWCPS結(jié)構(gòu)的功率分配器。首先使用基于PWCPW和PWCPS傳輸線，實現(xiàn)了窄帶功分器，初步驗證了PWCPW和PWCPS傳輸線的實用性和

6、特性阻抗解析表達(dá)式的準(zhǔn)確性;然后運用基于信號空間的歸一化歐氏距離數(shù)量矩陣設(shè)定功分器的設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計了基于PWCPW和PWCPS結(jié)構(gòu)同極性寬帶脈沖功分器、輸入-輸出反極性寬帶脈沖功分器和輸出反極性寬帶脈沖功分器，對實物樣品的傳輸特性進(jìn)行了頻域測量，并把測試結(jié)果轉(zhuǎn)換到時域中進(jìn)行分析比較，頻域和時域結(jié)果均顯示，這三種寬帶脈沖功分器性能良好，仿真與測試結(jié)果吻合很好，不僅檢驗了基于時域設(shè)計方法的有效性，也驗證了PWCPW和PWCPS傳輸線

7、結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的靈活性，適用于多樣化的設(shè)計要求。
　　3.提出了一種基于PWCPS的低交叉極化脈沖天線。根據(jù)脈沖輻射對天線結(jié)構(gòu)的要求，提出了一種高斯曲線漸變PWCPS加載脈沖天線，分析了高斯曲線起始段、中間段、終端段各部分在天線中的作用，據(jù)此制作了工作在1.5GHz到20GHz頻段的高斯?jié)u變PWCPS加載脈沖天線，并給出了其頻域輻射特性和時域收發(fā)特性的測試結(jié)果，測試結(jié)果與仿真結(jié)果一致性較好，兩者均顯示，PWCPS傳輸線結(jié)構(gòu)特別適用于