UHF天线合路器的设计（已处理）

UHF天线合路器的设计 号02071393本科毕业设计论文 UHF天线合路器的设计 电子信息工程学生姓名 导师姓名摘要 在电子技术和无线通信技术飞速发展的今天,多路耦合器的应用越来越 广泛,特别是在一些舰船和车辆等环境相对狭小的场合里。多路耦合器,即就是多 部电台公用一部天线的重要的电磁兼容设备。 本文主要论述的是UHF 天线合路器的设计。首先,再简要介绍了多路耦合 器的应用历程,根据设计要求主要介绍了切比雪夫型滤波器的各种性能,单极子 天线的基本电参数以及匹配网络的特点。然后,对设计模型的各尺寸参数进行优 化分析,并对优化好的切比雪夫型滤波器、单极子天线以及匹配网络分别进行仿 真。将仿真结果与设计指标要求进行对比分析,所建模型的性能基本符合指标要 求。并且能够充分体现多路耦合器的优点。最后,进行实物加工测量,在考虑误差 的情况下,实物测量与仿真结果进行分析,达到预期设计目标。 关键词:多路耦合器 切比雪夫型滤波器 平面单极子天线 匹配网络 Abstract rapiddevelopment wirelesscommunication technologies, morewidely applied, especially situationslike some ships vehicleswhere relativelysmall. Multi-coupler importantEMC device, which permits multiple radios commonantenna. thesismainly discusses UHFantenna multi-coupler. thesisfirstly introduces previousresearcher’s work, thesismainly analyzes Chebyshev function filters variousperformances, basicelectrical parameter monopoleantennas, matchingnetwork thesisestablishes Chebyshev function filters model Microwaveoffice software simpleantenna model HFSSsoftware. After variousparameters proposedmodel carriedout, optimizedmodel usingHFSS Microwaveoffice. Comparing simulatedresults designindexes, proposedantenna goodagreement modelhas fully reflected multi-coupler.Finally, proposedantenna measuredresults basically meet designindexes, though someslightly differences while comparing simulatedones. Keyword: multi-coupler Chebyshev function filter planar monopole antenna matching network 目录 第一章 绪论 1.1选题背景及意义 1.2研究现状 1.3本文的内容安排及主要内容 第二章理论基础 2.1滤波器的理论基础 2.1.1滤波器的种类、阶数以及其幅值特性 2.1.2滤波器的设计指标要求 2.1.3低通滤波器 2.1.4巴特沃斯低通滤波器与切比雪夫低通滤波器比较 2.2天线理论基础 10 2.2.1 天线的方向特性 11 2.2.2 天线的方向系数 15 2.2.3 天线的效率和增益 16 2.2.4 天线的驻波系数 16 2.2.5 天线的带宽 17 2.3 匹配网络 17 2.3.1 微带线的定义 17 2.3.2 同轴线的定义 19 2.4 Microwave office 软件基础知识 19 2.5 Ansoft HFSS 软件基础知识 20 第三章 天线合路器模型的设计与分析 23 3.1 设计思路 23 3.2 滤波器的设计 24 3.2.1 切比雪夫低通滤波器的设计 24 3.2.2 切比雪夫高通滤波器的设计 27 3.3 平面单极子天线的设计 29 3.3.1 平面单极子天线模型的建立 29 3.3.2 平面单极子天线参数分析 30 3.3.3 天线的优化结果 35 3.4 微带线匹配网络 38 3.5 实物的制作与调试测量 40 第四章 总结与展望 45 致谢 47 参考文献 49 第一章绪论 1.1 选题背景及意义 随着现代通信技术的不断发展,通信设备越来越多,通信频带越来越拥挤, 常常出现在特定环境下,各通信设备相互干扰,从而导致了电磁环境恶化,严重影 响通信质量的现象。

最后, 由于目前的公网建设已经非常完备, 为了避免重复建设造成资源的浪费, 保证宽带集群通信系统与现有窄带集群通信系统的兼容和互通以实现多种通信系统的相互切换也是基于td-lte的宽带集群通信系统研究所需要解决的问题。 扩频通信原理 扩频码 扩频码 积分合并 窄带信号 f p(f) 宽带信号 p(f) f 噪声 p(f) f 噪声+宽带信号 p(f) f 低通滤波分离信号与噪声 p(f) f cdma宽带扩频技术 码分多址技术 扩频通信原理 f s（f） f0 扩频前的信号频谱 信号 s（f） f f0 扩频后的信号频谱 信号 s（f） f f0 解扩频后的信号频谱 信号 干扰噪声 f s（f） f0 解扩频前的信号频谱 信号 干扰噪声 信号 窄带干扰 宽带干扰 扩频通信原理 扩频通信原理 s1xc1 s2xc2 w s1 s2 扩频 解扩 (s1xc1)+(s2xc2) 空中接口 [s1xc1+s2xc2]xc2=s2 [s1xc1+s2xc2]xc1=s1 n s c1与c2正交：c1xc2=0 扩频通信原理 其他用户的信号 eb/no pg 处理增益pg=wc/r －wc是码片速率 －r是信息速率 扩频通信原理 wcdma无线技术原理 1）码分多址技术 不同国家的人比作不同的用户。5. 宽带阻塞式干扰在整个信号的通信频带内施放很强的干扰信号，其干扰功率与带宽成正比，使通信一方在整个通信频带内都无法保证正常的通信扩频通信的概念扩频通信的基本原理扩频：用一个带宽比信息带宽宽得多的伪随机码（pn码）对信息数据进行调制。

它可以按照用途分为发射或接受多路耦合器,按照工作方式分为 有源或无源的多路耦合器等等,国30~512MHz。 图1.2 国外CPI 公司制造的16 路接受多路耦合器 还有TCI 公司设计生产的300 系列发射多路耦合器。据资料介绍,该系列 产品将输入信号分别分成了低通和高通支路,并保证两路之间有相当的隔离。 图1.3 是AFLAerial Facilities Limited 公司设计的多路耦合系统。该 公司白 1972 年起开始生产多耦合器,形成了系列化生产,并且还可以根据用户的 要求进行设计生产。掘相关资料介绍,图l.3 中的多路耦合器系统内部分为发射 和接受两个通道,均采用了带通滤波器为主要器件。发射通道采用铁氧体隔离器, 可以达到50dB 的隔离;接受通道则使用该公司自行设计生产的“接收分流放大器 AFL Receiver Splitter Amplifier”。

图1.3 AFL 公司多路耦合系统 1.3 本文的内容安排及主要内容 本文的主要研究工作是在熟悉了滤波器的性能和设计方法,了解了单极 子天线的特点、驻波性能、增益系数后设计了一个双通道的合路器。这要应用 Microwave Office 软件选择了切比雪夫滤波器的形式设计一个频率范围在 108MHz 到174MHz 的低通滤波器和一个频率范围在225MHz 到400MHz 的高通滤波 器,分别进行优化仿真。在利用Ansoft HFSS 仿真软件建立单极子天线模型,并对 天线各尺寸参数进行优化,在对模型优化处理之后,分析所设计的天线电参数,并 与设计指标对比。然后,再利用匹配网路将两者结合起来。最后,参照以上模型进 行实物加工,并进行数据测量分析。全文共分为四部分,具体内容如下: 第一章 绪论。本章主要概述了选题背景及意义,并对天线合路器的发展 及其优越的性能做了简要介绍,最后概述了本文的主要研究内容。 第二章 理论基础。本章主要介绍了滤波器的理论基础与设计方法,单极 子天线的基本电参数、微带线匹配网络的原理,以及 Microwave office 软件与 Ansoft HFSS 仿真软件的原理和主要应用。

由于卫星发射信号的功率本身就很小，加之长距离的传输和复杂空间环境对信号的衰减，能到达地面并顺利被我们接收的信号已经非常的微弱了（关于卫星信号的链路衰减这里不做详细描述），因此一个好的天线便显得尤为重要，天线的种类也非常的多，主要分为全向性和单向性。耳廓和外耳就像滤波器一样，起到加强某些频率的信号，衰减另外某些频率的信号和对某些频点信号作延时。 表1 各种连接为最大长度时各种频率下的衰减极限表2 特定频率下的next衰减极限以上两个指标是tsb67测试的主要内容,但某些型号的测试仪还可以给出直流电阻。

滤波器的阶数,是指在滤波器的传递函数中有几个极点,阶数同时也相应 的决定了其下降速度,一般来说每增加一个极点,就会增加-20dB 衰减率。 滤波器的幅值特性,通常是采用工作衰减来描述的: (2-1) 其中和分别为输入端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。 2.1.2 滤波器的设计指标要求 通常用来说明滤波器性能的技术指标主要有:中心频率 f0,即工作频带 的中心;带宽 BW;通带衰减,即通带内的最大衰减;阻带衰减等。因为在实际工程 中的滤波器都是有损滤波器,而组成元件的品质因数取值是一有限值,所以还要 考虑通带内的最小插入衰减。而在现在滤波器的设计中,多是采用滤波器变换来 实现的。主要通过对低通原型滤波器进行频率变换与阻抗变换,来得到新的目标 滤波器。 2.1.3 低通滤波器[3] 首先,集中参数低通原型滤波器(简称低通原型)是 设计微波滤波器的基础,各种低通、高通、带通和带阻微波滤波器的传输特性基 本上都是根据此原型特性变换而来。 低频滤波器是容许低频信号通过,减弱或是减少频率高于截止频率的信 号通过,避免频率混淆,去掉高频干扰。理想的低通滤波器衰减特性如图 2.1a 所示,我们称为截止频率,表示角频率,在到的范围内,衰减为0,称为通带,在的 范围内衰减为无穷大,称为阻带。

但是现实中不会出现这种理想状况,因为有限元 件数的电抗网络衰减特性是连续型函数,不会发生某一频率上的阶跃。所以在实 际应用中最常用的三种低通滤波器称为:最平坦型、切比雪夫型以及椭圆函数型。 分别对应图2.1 所示。图2.1 低通原型的各种相应 (1)、最平坦型低通原型 它的衰减函数为: (2-2) 最平坦型低通原型即就是巴特沃斯低通原型,它是滤波器设计的一种分 类,它有高通,低通,带通,带阻等多种形式。主要特点是它在通频带内外都有平稳 的幅频特性,但是它有较长的过渡带,在此过渡带内相对来说很容易失真,能够最 大化滤波器的通带平坦度。该响应很接近于直流信号响应,慢慢衰减至截止频率 点-3dB,最终逼近-20ndB 的衰减率。该种类型滤波器对于维护滤波器的平坦性来 说非常重要。它的主要特点就是在角频率的时候,这个函数自身的函数值,以及他 的一阶导数、二阶导数,直到2n-1 阶导数的值都是等于零的。在低通原型的指标 中有:通带内最大衰减,截止频率,阻带最小衰减以及阻带边频。对于我们研究的 最平坦型,即就是,在设计时要想根据上式函数确定出常数及 n,再根据确定好的 衰减函数定出低通滤波器原型的电路构造以及各元件值。

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