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高灵敏度宽带信道化接收机前端系统的研制

作 者: 王轶华
导 师: 羊恺
学 校: 电子科技大学
专 业: 电路与系统
关键词: 多工器 阶跃阻抗谐振器 低噪声放大器 串联反馈 高温超导
分类号: TN858
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


本文首先介绍了本课题的研究背景,然后简要讨论了高温超导材料发展进程及高温超导接收机的研究现状和应用前景;接着论述了本论文所采用的接收机体系结构和系统框图及其指标分析;继而分两章详细讨论了接收机前端两个最重要的器件多工器,低噪声放大器的基本原理和设计理论并在ADS(Advanced design systems)中实现了滤波器,多工器的理论仿真;以此为基础结合实际课题,详细阐述了高温超导三工器及低温低噪声放大器的设计和制作。最后给出高温超导三工器,各通道低噪声放大器的测试结果和接收机前端子系统的测试结果与相应分析及结论和展望。本文利用在ADS下所建立的滤波器理论模型,由三个阶跃阻抗开口环谐振器所构成的耦合带通滤波器和一个十字结,快速实现了多工器各通道间及其与输入接头的匹配,同时也实现了器件的小型化和更良好的对谐波的抑制性能。不仅比传统的高低通滤波器形成的多工器体积小,而且比环形器,耦合器结合滤波器构成的多工器插入损耗小。低温低噪声放大器的设计不仅把直流供电电路考虑进匹配电路,还采用了串联负反馈技术以及电阻加载技术来实现低噪声放大器良好的输入输出反射,平坦的带内增益和低温下稳定的工作状态。最后测试结果表明,此信道化接收机前端各项指标基本达到设计要求。高温超导多工器极低的带内插入损耗,陡峭的带边抑制特性保证了各通道间良好的隔离度,同时也提高了系统的抗干扰性能。低噪声放大器在低温下噪声进一步下降,增益有微小的提高。所研制的高温超导信道化接收机前端子系统具有比常规系统更高的灵敏度和更强大的抗干扰能力。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 引言  9-13
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 超导技术的发展  9-10
  1.3 高温超导接收机的研究现状与应用前景  10-12
  1.4 本文的工作内容  12-13
第二章 高温超导接收机原理与总体设计  13-21
  2.1 接收机指标分析  13-19
    2.1.1 噪声、噪声系数以及噪声温度  13-15
      2.1.1.1 接收机的噪声特性  13
      2.1.1.2 接收机的噪声系数  13-14
      2.1.1.3 接收机的等效噪声温度  14-15
    2.1.2 最小可检测信号及灵敏度  15
    2.1.3 接收机的非线性指标分析  15-18
      2.1.3.1 频率的产生和二、三阶互调分量及1dB 压缩点  16-17
      2.1.3.2 各非线性指标之间的关系  17-18
    2.1.4 动态范围  18
    2.1.5 镜像信号与杂散  18-19
  2.2 接收机前端系统总体设计框图与指标分配  19-21
第三章 高温超导接收机前端子系统关键部件基本原理  21-38
  3.1 滤波器基本原理  21-27
    3.1.1 滤波器概述及其低通原型  21-22
    3.1.2 频率变换  22-24
    3.1.3 耦合谐振带通滤波器设计原理  24-27
      3.1.3.1 变形低通原型滤波器  24-25
      3.1.3.2 耦合谐振带通滤波器  25-26
      3.1.3.3 耦合系数及外部Q 值的计算  26-27
  3.2 低噪声放大器基本原理  27-38
    3.2.1 二端口网络的S 参数  28-29
    3.2.2 基于二端口网络S 参数的放大器功率增益及增益平坦度  29-30
    3.2.3 放大器的稳定性  30-34
      3.2.3.1 放大器稳定性的图解  31-33
      3.2.3.2 放大器绝对稳定的解析表达  33-34
    3.2.4 放大器的资用功率设计及其等增益圆  34-36
    3.2.5 放大器的恒噪声系数圆  36-38
第四章 高温超导接收机前端子系统的设计与实现  38-63
  4.1 三工器的设计与实现  38-53
    4.1.1 各个通道带通滤波器的理论计算与仿真  38-41
    4.1.2 谐振器的选择及阶跃阻抗(SIR)谐振器  41-42
    4.1.3 分布参数谐振器耦合系数的计算方法  42-45
    4.1.4 分布参数谐振器耦合系数的仿真  45-46
    4.1.5 分布参数谐振器外部Q 值的计算方法  46-48
    4.1.6 各信道带通滤波器的综合与优化  48-50
    4.1.7 三工器的综合及优化  50-53
      4.1.7.1 多工器的多种构造方法  50-52
      4.1.7.2 高温超导三工器匹配网络的构建  52
      4.1.7.3 三工器的构建与优化  52-53
  4.2 低温低噪声放大器的设计与实现  53-61
    4.2.1 晶体管的选择及其优点  53-54
    4.2.2 晶体管直流工作点的选择  54-55
    4.2.3 直流偏置网络的设计  55-56
    4.2.4 改善晶体管稳定性的设计  56-57
    4.2.5 匹配网络的设计  57-58
    4.2.6 低噪声放大器的整体设计与优化  58-61
  4.3 高温超导接收机前端子系统的仿真分析  61-63
第五章 测试与结果分析  63-76
  5.1 三工器的测试与结果分析  63-66
  5.2 低噪声放大器的测试  66-68
  5.3 接收机前端子系统的测试与分析  68-74
    5.3.1 接收机前端系统S 参数测试  69
    5.3.2 接收机前端系统噪声系数及P_(-1dB)点的测试  69-71
    5.3.3 接收机前端系统三阶交调的测试  71-73
    5.3.4 接收机前端子系统灵敏度及动态范围  73-74
  5.4 测试小结  74-76
第六章 结论与展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 接收设备、无线电收音机 > 各种频率收音机
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