宽频带微波无损检测硬件系统的研究

论文摘要

钢筋混凝土微波无损检测技术,是指在不破坏混凝土结构的情况下,利用微波成像技术得出混凝土中钢筋的位置、数量以及粗细,用于判断混凝土强度及缺陷等特征的一种新的无损检测技术。本文的主要任务是在原有的微波无损检测系统的基础上,拓宽系统的频带以调高系统的成像质量。本文对微波传输线理论以及微波网络分析的方法做了简单的介绍,这是微波工程的理论基础。本课题的主要工作是设计一款用于微波无损检测的超宽频带微波信号源以及硬件系统中的定向耦合器和功率分配器。介绍了几种频率合成技术的原理及组成部分,详细论述了AD公司的集成锁相环频率综合器ADF4350的内部结构及特性,使用ADIsimPLL软件对信号源的低通环路滤波器部分的环路带宽、相位裕度以及信号源的锁定时间等参数进行仿真。采用微带巴伦结构将信号源的双端差分平衡输出端口转化为单端对地的不平衡输出。该信号源的频带范围为800MHz~4GHz。介绍了各种不同定向耦合器的原理、分析方法、应用范围以及定向耦合器的各种参数。本文设计的定向耦合器采用平行对称的耦合结构,采用宽边补偿耦合带状线作为耦合传输线,这些使得该耦合器在满足宽频带的同时还能提供很好的耦合系数。最后使用HFSS仿真软件对定向耦合器进行了仿真优化设计,得到了很好的结果。介绍了功率分配器的工作原理以及构成宽频带等功率分配器的条件,给出了设计多节等功率分配器的具体表格数据。采用仿真软件ADS计算微带线的宽度、长度,对功率分配器的原理图、板图进行了仿真优化,得到了目标结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 射频和微波技术的发展简史
• 1.2 频率合成技术
• 1.2.1 PLL 的分类
• 1.2.2 不同锁相环的分析与性能比对
• 1.2.3 商用集成PLL 发展现状
• 1.3 定向耦合器的研究现状
• 1.4 本文的内容安排及主要工作
• 第二章 微波工程基本理论
• 2.1 微波传输线方程理论
• 2.2 S 参数
• 2.2.1 入射波和散射波定义与计算
• 2.2.2 S 散射参数定义
• 2.2.3 S 散射参数性质
• 2.3 小结
• 第三章 微波信号源设计
• 3.1 PLL 主要技术指标
• 3.2 信号源设计
• 3.2.1 信号源芯片的选择
• 3.2.2 环路滤波器
• 3.2.3 输出端口电路
• 3.2.4 电路调试与结果分析
• 3.3 小结
• 第四章 定向耦合器设计
• 4.1 定向耦合器的技术指标
• 4.2 耦合线理论基础
• 4.2.1 偶模激励
• 4.2.2 奇模激励
• 4.2.3 用奇偶模参数表示散射矩阵
• 4.3 平行耦合TEM 波定向耦合器
• 4.3.1 单节定向耦合器
• 4.3.2 多节定向耦合器
• 4.4 定向耦合器的仿真
• 4.4.1 耦合结构的选择
• 4.4.2 仿真定向耦合器
• 4.6 小结
• 第五章 宽带功率分配器设计
• 5.1 简单的功率分配器
• 5.2 功率分配器的混合型N 路功率分配器
• 5.3 宽频带 3dB 功率分配器仿真
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A 信号源部分电路图
• 在学研究成果
• 致谢