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W波段宽带辐射计前端研究

作　者: 谢琳砺
导　师: 张永鸿
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: W波段 辐射计前端 检波器 放大器 宽带
分类号: TN015
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


辐射计利用被动接收目标辐射能量来探测目标,广泛应用于射电天文、导航、低能见度条件成像、安检等领域。辐射计前端作为辐射计系统的重要组成部分,其性能直接影响系统的指标。研究辐射计前端可以解决焦平面毫米波被动成像的关键技术问题,打破西方国家的技术封锁,满足我国军事和民用的急需。本文分析了辐射计的两种常用体制,对W波段直接检波式辐射计前端进行了详细研究。采用电磁场仿真软件HFSS和电路仿真软件Ansoft Designer以及ADS相互结合的方法,在对MMIC与集成传输线间键合结构、宽带低噪声放大器(LNA)和高灵敏度宽带检波器等关键技术研究的基础上,实现了W波段辐射计前端的模块化,满足了焦平面毫米波被动成像系统的小型、实时和宽带的要求,并成功进行了单通道定标和扫描成像实验。在对MMIC芯片和微带线间键合金丝研究基础上,借助Ansoft Designer和HFSS的联合仿真,通过设置合理的匹配电路,成功扩展了LNA的带宽,增益高于10 dB的频带为75~103 GHz,增益高于15 dB的频段为87~92 GHz。测试结果验证了LNA的MMIC芯片匹配结构设计的正确性和必要性。在对检波二极管阻抗模型、波导-微带宽带过渡结构、输出低通滤波器(LPF)结构研究的基础上,探索了从窄带到宽带的匹配电路拓扑结构。同时广泛采用类SIW结构的电路基片两侧的接地通孔,有效抑制了电路谐振。测试表明:75~103 GHz宽频带内,电压灵敏度大于500 mV/mW,带内最好响应达到5200 mV/mW。在视频带宽约为70 Hz的条件下测得75~105 GHz带内切线灵敏度低于-50 dBm,部分频点达到-64 dBm。最终实现的W波段辐射计前端模块外部尺寸小于60×20×13mm~ 3,积分时间2.5 ms,在23 GHz带宽内都有明显响应,灵敏度约为0.83 K。模块设计考虑了通道内、通道间的电磁兼容以及阵列成像对模块间距的要求,可以组建大规模阵列以提高成像速率。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 引言  10-16
  1.1 辐射计简介  10-11
  1.2 辐射计的国内外发展概况  11-15
  1.3 论文的主要研究工作  15-16
第二章 毫米波辐射计接收通道基本原理  16-28
  2.1 辐射计基本原理  16-18
    2.1.1 基本工作原理  16
    2.1.2 辐射计积分时间  16-17
    2.1.3 辐射计定标方程  17
    2.1.4 辐射计灵敏度  17-18
  2.2 辐射计的两种体制  18-19
    2.2.1 超外差式通道体制  18
    2.2.2 直接检波式通道体制  18-19
   2.3 低噪声放大器的基本理论  19-20
    2.3.1 噪声系数与噪声温度  19
    2.3.2 增益  19-20
    2.3.3 增益平坦度  20
    2.3.4 工作频带  20
    2.3.5 端口驻波  20
  2.4 检波器基本理论  20-24
    2.4.1 检波器基本原理  20-22
    2.4.2 检波器主要技术指标  22-24
  2.5 视频放大器基本原理  24-28
    2.5.1 差分放大简介  24-25
    2.5.2 运放简介  25-26
    2.5.3 积分器简介  26-28
第三章 W 波段宽带放大器电路的研究  28-37
  3.1 LNA 芯片参数简介  28-29
  3.2 宽带放大器电路仿真  29-37
    3.2.1 过渡结构的仿真设计  29-31
    3.2.2 无阻抗匹配电路的LNA 的设计与测试  31-32
    3.2.3 有阻抗匹配电路的LNA 的设计与测试  32-37
第四章 W 波段宽带检波器的研究  37-52
  4.1 W 波段宽带检波器电路方案  37-39
  4.2 低通滤波器的仿真  39-40
  4.3 二极管阻抗模型的建立  40
  4.4 匹配电路设计  40-45
    4.4.1 基本理论  40-42
    4.4.2 宽带检波器电路仿真  42-45
  4.5 检波器电路测试  45-52
    4.5.1 反射系数（‖S_(11)‖）的测量  45-46
    4.5.2 检波器电压灵敏度测试  46-48
    4.5.3 检波器切线灵敏度测试  48-51
    4.5.4 检波器测试结果分析与改进建议  51-52
第五章 辐射计射频前端的模块化集成  52-56
  5.1 辐射计射频前端模块化研究  52-53
  5.2 辐射计通道频率响应测试  53
  5.3 辐射计通道定标  53-54
  5.4 辐射计通道成像  54
  5.5 辐射计指标对比  54-56
第六章 结论与展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士期间取得的成果  62-63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 一般性问题 > 基础理论 > 微波与超高频技术
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