微波毫米波集成技術(shù)研究.pdf

1、微波毫米波電路與系統(tǒng)的集成化研究對于高速無線通信、衛(wèi)星遙感、醫(yī)療檢測以及射電天文等領(lǐng)域的發(fā)展有著重要意義。高性能無源器件與微波毫米波單片集成電路相結(jié)合的高密度封裝級集成是現(xiàn)階段系統(tǒng)集成化研究的主流方向。因此設(shè)計實現(xiàn)易于集成的高性能無源器件和高性能的微波毫米波單片集成電路就成為了微波毫米波系統(tǒng)集成技術(shù)的研究重點。本論文分別對易集成的高性能天線陣列、高性能的頻率選擇表面和回溯天線陣列以及高性能微波毫米波單片集成電路等方面開展了比較深入的研究

2、。論文的主要工作如下:
　　第一章研究了雙端饋電的45°極化SIW縫隙陣列天線。首先提出了一種差分雙端饋電45°極化SIW縫隙陣列天線，通過雙端饋電為天線陣列提供了匹配負(fù)載，因此能夠在保證穩(wěn)定法向輻射的同時改善帶寬性能，而饋電網(wǎng)絡(luò)中集成的金屬化通孔濾波結(jié)構(gòu)也有效地減小了天線陣列工作頻段外的差波束輻射。接著提出了一種平衡雙端饋電45°極化SIW縫隙陣列天線，采用蜿蜒線實現(xiàn)了天線單元沿SIW傳輸線法向組成的縫隙陣列天線，將差分雙端饋電

3、網(wǎng)絡(luò)簡化為平衡雙端饋電網(wǎng)絡(luò)，降低了饋電網(wǎng)絡(luò)中相移結(jié)構(gòu)對于天線性能的影響。最后，針對24GHz車載雷達(dá)應(yīng)用分別設(shè)計實現(xiàn)了差分雙端饋電和平衡雙端饋電45°極化SIW縫隙陣列天線，實驗結(jié)果與仿真設(shè)計結(jié)果基本一致。本章部分研究成果已發(fā)表在國際會議EuCAP2015，部分研究成果已投稿至國際會議ISAP2015。
　　第二章研究了高性能堆疊式緊湊型貼片陣列天線。首先提出了一種可有效抑制交叉極化的緊湊型貼片陣列天線，貼片互連的結(jié)構(gòu)能夠在實現(xiàn)緊

4、湊結(jié)構(gòu)的同時將陣列原有的電場對稱性改進(jìn)為電流對稱性，減小環(huán)境對于輻射對稱性的影響，降低了貼片拐角的交叉極化輻射，從而有效抑制了交叉極化。接著進(jìn)一步將互連結(jié)構(gòu)用于更大陣列，通過仿真驗證了其交叉極化抑制效果。本章還將緊湊型貼片陣列天線改為四端口天線單元，與序貫相移饋電技術(shù)結(jié)合提出了圓極化緊湊型貼片陣列天線，在保持高增益寬頻帶特性的同時實現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)。最后，針對24GHz車載雷達(dá)應(yīng)用分別設(shè)計實現(xiàn)了有效抑制交叉極化的緊湊型貼片陣列天線和圓極化

5、緊湊型貼片陣列天線，實驗結(jié)果與仿真設(shè)計結(jié)果一致。本章研究成果將發(fā)表在國際核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.上。
　　第三章研究了SIW無源回溯天線陣列。首先分析了SIW技術(shù)應(yīng)用于回溯天線陣列因表面金屬反射而引起的干擾問題，提出了一種具有極化扭轉(zhuǎn)特性的SIW無源回溯天線陣列，利用極化隔離特性有效地解決了反射干擾問題。然后提出了該類型極化扭轉(zhuǎn)無源回溯天線陣列的簡化設(shè)計方法、校準(zhǔn)和測量方案。本

6、章還提出了集成SIW移相器的無源回溯天線陣列，通過同時調(diào)節(jié)互連傳輸線長度和寬度來控制互連傳輸線的相位特性，不僅實現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)，還為無源回溯天線陣列互連網(wǎng)絡(luò)的相位控制提供了新的思路。最后，設(shè)計實現(xiàn)了79GHz極化扭轉(zhuǎn)無源回溯天線陣列和35GHz集成SIW移相器的無源回溯陣列，實驗結(jié)果與仿真設(shè)計結(jié)果一致。本章研究成果已經(jīng)發(fā)表在國際核心期刊IEEE Trans.Antennas Propag.和國際會議IEEE IWS2015上。
　

7、　第四章研究了L形縫隙周期結(jié)構(gòu)極化扭轉(zhuǎn)反射型頻率選擇表面。首先提出了單L形縫隙周期結(jié)構(gòu)反射型頻率選擇表面中受腔體擾動的縫隙諧振和受縫隙擾動的腔體諧振，成功區(qū)分了通帶內(nèi)兩個同極化反射系數(shù)零點。然后采用單因子分析法對所做分析進(jìn)行了仿真驗證并得出反射系數(shù)零點和結(jié)構(gòu)變量間的部分定性關(guān)系。接著提出了平行雙L形縫隙周期結(jié)構(gòu)反射型頻率選擇表面，利用平行雙縫的共面波導(dǎo)模式，成功在阻帶加入一個新的交叉極化反射系數(shù)零點，有效提高了頻率選擇性能。之后采用單因

8、子分析法對所做分析進(jìn)行了仿真驗證并分析了該結(jié)構(gòu)提高頻率選擇性能的局限性。最后，設(shè)計實現(xiàn)了35GHz雙L形縫隙周期結(jié)構(gòu)極化扭轉(zhuǎn)反射型頻率選擇表面，實驗結(jié)果與仿真設(shè)計結(jié)果一致。本章研究成果將發(fā)表在國際核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.上。
　　第五章研究了GaAs微波毫米波單片集成電路。設(shè)計實現(xiàn)了K波段差分輸出GaAs壓控振蕩器芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)19.18％的調(diào)頻范圍且具有良好相位噪聲性能;設(shè)計

9、實現(xiàn)了GaAs低噪聲放大器芯片，在20-30GHz頻段具有34dB的增益和小于3.6dB的噪聲系數(shù)。采用GaAs工藝設(shè)計實現(xiàn)了一系列微波毫米波功率放大器芯片:具有單端輸出和差分輸出的中等功率放大器，能夠在20-30GHz頻段分別提供18dBm和21dBm的功率輸出;K波段多模式功率放大器將射頻多模式功率放大器概念延伸到微波頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)高低功耗模式并分別提供16dBm和14dBm的功率輸出;設(shè)計實現(xiàn)的三款Q波段直接合成功率放大器，測量結(jié)