滤波微波器件基础理论及技术研究

发布时间：2020-03-29 03:50

【摘要】：滤波微波器件是将信号滤波功能集成到传统微波器件中的一种单体多功能微波器件。为了滤除电路系统中的干扰信号,以及非线性器件中产生谐波和交调信号,需要在射频前端电路的众多关键节点处增加滤波微波器件。相比传统的直接级联滤波器的设计方法,滤波微波器件能够极大减小电路尺寸、降低插入损耗、改善滤波性能并降低设计复杂度。本论文提出了多种滤波单元结构,并设计了宽带单端和差分带通滤波器、滤波功率分配器、滤波推挽功率放大器、基于谐振匹配的天线以及滤波微波交叉器等滤波微波器件的电路拓扑和结构。论文的主要工作如下:(1)提出了终端加载型耦合线电路结构,并对其阻抗匹配和滤波特性进行了详细的理论分析;通过采用不同种类的终端加载电路结构分别设计了单端超宽带带通滤波器、单端宽带带通滤波器以及差分宽带带通滤波器结构。详细分析了这些电路的工作机制和设计流程,并进行了实例仿真和实验验证。相关研究成果以第一作者SCI学术论文发表在国际学术期刊 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques上。(2)成功解决了传统四分之波长传输线的谐波抑制和小型化的难题,提出谐波抑制型双传输线结构,并对其设计理论和滤波特性进行理论分析。创新性地将其应用到传统四分之波长传输线构成的宽带滤波器中,成功设计出具有高选择性以及极高上阻带抑制性能的小型化宽带滤波器。相关研究成果以第一作者SCI学术论文发表在国际学术期刊 Electronics Letters 上。(3)提出和分析了一系列使用终端加载型双线和三线耦合结构设计的高选择性和带外抑制性能的紧凑型滤波功率分配器结构;推导出详细的电路参数和滤波特性的求解和设计理论。最终设计了滤波功率分配器实例并进行仿真和实验验证。相关研究成果已经发表在SCI检索的国际学术期刊 Electronics Letters,Microwave and Optical Technology Letters,Journal of Electromagnetic Waves and Applications 上。(4)在国际上首次提出窄带和宽带滤波推挽功率放大器的电路拓扑结构;创新性地将信号滤波、单端差分转换以及阻抗匹配集成在一个电路结构中,简化了滤波推挽功率放大器的电路结构,极大缩小了电路面积,并改善了功率放大器的输出功率和效率。设计了滤波推挽功率放大器实例并进行仿真和实验验证。相关研究成果以第一作者SCI学术论文发表在国际学术期刊Electronics Letters上,并被选为当月特色论文。(5)提出了基于谐振匹配的智能手机四单元天线阵列;通过使用基于谐振的匹配网络,成功解决了原有天线单元结构在低频工作频段内带宽不足的问题。设计了能够支持八个工作频段的四单元智能手机天线阵列。相关研究成果以第一作者EI学术论文的形式发表在国际会议 International Symposium on Electromagnetic Compatibility 上。(6)提出了新颖的传输路径具有不同工作频率范围的宽带滤波微波交叉器电路拓扑结构;成功解决了传统微波交叉器在两个传输路径的工作频段相隔较远的工作模式下的带宽不足问题。并对该滤波交叉器结构进行了实例设计和实验验证。相关研究成果以第一作者SCI学术论文的形式发表在国际学术期刊Microwave and Optical Technology Letters上。
【图文】：

邋＿逡逑频率逡逑图１－３某个电路节点的信号频谱构成。逡逑图１－４是一个典型的基于零中频收发架构的时分双工收发机系统框架。目前，逡逑随着大规模集成电路技术的迅猛发展，图１－４中的数字处理、基带信号处理以及逡逑中低频电路己经实现了高度的集成化设计。在射频部分，随着单片微波集成电路逡逑（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ邋Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ邋Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ，邋ＭＭＩＣ）技术的发展，使得小信号放大逡逑２逡逑

＾ｗｌ逡逑５Ｇ多模－体化基站逡逑）ＭＭ逡逑图１－２兼容多种通信标准的无线通信设备。逡逑随着通信制式、工作频段以及分集类型的增加，诸如全网通手机１１１邋（同时兼逡逑容中国电信、中国移动、中国联通这三种网络的语音和数据业务）以及多模一体逡逑化基站［２，，３］（基于统一平台的多模基站，实现多制式技术体系无缝融合）等能够逡逑同时支持多种通信制式的移动通信设备逐渐流行、普及和标准化。从而导致未来逡逑的移动通信设备内部的射频通道急剧增加，容易造成不同制式、频率以及收发双逡逑工之间的干扰。同时，空间和电路系统中的频谱能量密度越来越高，射频电路系逡逑统中存在众多干扰信号，并且非线性器件也会产生谐波和交调等干扰信号，如图逡逑１－３所示。为了避免上述干扰对通信系统的影响，需要在射频前端电路的很多关逡逑键节点中增加滤波微波器件。逡逑Ｕ逦有用信号逡逑Ｍ逦Ｉ邋｜邋干扰赁号逡逑１逦Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逦臂逡逑．．．邋＿逡逑频率逡逑图１－３某个电路节点的信号频谱构成。逡逑图１－４是一个典型的基于零中频收发架构的时分双工收发机系统框架。目前，逡逑随着大规模集成电路技术的迅猛发展
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN61

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本文编号：2605395