移相器在相控阵雷达,现代移动通信,卫星导航系统之中都发挥着重要的作用。尽管其已经发展了几十年,但在带宽、体积和成本等方面仍然存在着各种不足。研究和设计新型且实用的宽带移相器,一直是学术研究的热点。本文针对移相器的宽带化、轻量化、多功能、低成本的发展趋势,提出了基于多模谐振理论的新型宽带移相器,并紧紧围绕着的基本理论、拓扑结构和设计方法展开。具体来说,本文的主要工作内容和创新点如下:1、本文提出基于多模谐振理论的宽带移相器的设计方案。提出利用多模谐振器激励的多个谐振模式来自由调节其插入相移的斜率,从而实现任意移相值的宽带移相器。对于给定的幅度响应和相位响应,利用提取的移相器传输线模型结合微波网络分析,给出了具体的综合设计方法。可将综合的电路参数直接映射到移相器的物理尺寸中,无需使用复杂的全局优化算法。相对于传统的宽带移相器,其具有尺寸小、带宽宽、移相值大等优点。2、本文针对枝节加载型宽带移相器工作带宽较小的缺点,提出了利用多模谐振器扩展其工作带宽的设计方案。针对移相器的设计需同时考虑幅度响应和相位相移,且其工作带宽是相移带宽和幅度带宽两者的交集。本文利用回波损耗表征幅度响应,利用相位误差和移相值表征相位响应。详细研究了这些参量对移相器的相移带宽和幅度带宽的影响,使得相移带宽和幅度带宽两者之间的交集最大化,并且给出了宽带移相器的精确综合设计方法。解决了传统的移相器综合方法无法在设计中确定移相器的工作带宽及相位误差的问题。3、本文提出基于n阶谐振网络的宽带移相器的设计方案,首次提出了滤波移相器的概念,并可以同时实现多路多相移值输出的功能。通过对谐振器网络的相移特性的分析,研究了其网络阶数、插入损耗及工作带宽与相位斜率之间的关系,并且推导出了对于任意级联谐振网络的闭式公式。根据所提出新的移相器拓扑结构,滤波移相器工作带宽和滤波特性可以任意设计。本文设计了3阶切比雪夫滤波响应的90度移相器(带宽15%),以及5阶切比雪夫滤波响应的45度、90度、135度和180度的4路移相器(带宽20%)。4、本文提出了基于阶跃阻抗多模谐振器的宽带滤波移相器的设计方案,采用两个阶跃阻抗多模谐振器构成宽带移相器的主通路和参考通路。通过调整阻抗比来控制多个谐振模式,同时实现宽频带内恒定的移相值输出和所需的滤波响应。我们给出了简单高效的宽带滤波移相器综合方法,实现了两路输出的幅度带宽相等,并可以任意设计给定的移相值、带内回损和工作带宽。我们综合设计了4阶切比雪夫滤波响应的90度宽带移相器(带宽48%)和4阶切比雪夫滤波响应的45度宽带移相器(带宽66%),相位误差分别为2.3度和2.0度。5、本文提出了基于枝节加载多模谐振器实现广义切比雪夫滤波响应宽带移相器的设计方案,枝节加载多模谐振器不但可以产生三个谐振模式,而且可以产生一对有限传输零点,所有的谐振模式和传输零点都可以定量自由控制。我们首次分析了引入有限传输零点对宽带移相器的性能的影响,发现基于多模谐振理论的移相器的相位特性由谐振模式所确定。当谐振模式保持不变时,引入的有限传输零点对相位带宽的影响很小,然而可以显著提高频率选择性。我们采用两个枝节加载多模谐振器来构成移相器的主通路和参考通路。一方面,通过调节多模谐振器的谐振模式实现指定带宽的的宽带相移输出;另一方面,通过调节加载枝节的阻抗比实现传输零点任意可调的广义切比雪夫滤波响应。所提出的宽带滤波移相器的工作带宽,零点位置、移相值、相位误差都可以精确综合设计。