谐波抑制及多频腔体滤波器研究

发布时间：2020-04-26 11:48

【摘要】：微波滤波器是无线通信系统不可或缺的部分,它在射频终端发射信号和接收信号的过程中起到非常重要的作用。无线通信技术的快速发展给人们带来了很大的便利,同时人们也对通信系统的要求越来越多,对微波滤波器的性能指标提出了更高的标准。微波谐振电路除了在基本频率处产生谐振外,还会在基数倍数频率上产生高次谐波,这些不需要的谐波会影响滤波器的选频和去噪性能。与微带结构滤波器相比,腔体滤波器产生的高次谐波通常会显得更加的杂乱无章,因此研究如何抑制产生在腔体滤波器中的高次谐波是一件非常有意义的事情。另一方面,如何设计出能够适应多种通信标准的多频滤波器,逐渐成为成当下研究的热点。目前的研究大部分集中在多频微带滤波器上,关于腔体结构的研究很少。设计低成本、低体积、多性能的腔体多频滤波器有很大的研究意义。本文研究工作基于腔体滤波器结构,主要研究腔体谐波抑制滤波器以及腔体多频滤波器的设计实现方法,其工作内容大致分为以下三个部分:(一)对同轴腔体谐波抑制滤波器进行了研究。同轴谐振器为四分之一波长谐振器,由于微波电路的特性,谐振器会在基本频率的三倍处和五倍处产生高次谐波。基于同轴腔体滤波器特性提出三种抑制腔体谐波的方法:(1)提出一种在激励端口加辅助谐振器,同时转移激励端与主谐振器的在三倍频和五倍频处的谐振能量到激励端与辅助谐振器上去,从而同时抑制了滤波器的第一寄生通带和第二寄生通带。并设计了两种辅助谐振单元,实现了谐波抑制宽阻带同轴腔体滤波器。(2)提出一种基于阶跃阻抗谐振器(SIR)结构的电容加载滤波器,SIR结构和加载电容具有抑制谐波的作用,设计了一款同轴SIR电容加载谐波抑制滤波器,谐波抑制效果达基本频率8倍以上。(3)提出一种基于枝节加载的同轴腔体谐波抑制滤波器。同轴谐振器通过开路枝节加载错开了谐振器的一次谐波,从而使滤波器在三倍频率处不产生谐振,抑制了滤波器的一次谐波。(二)对矩形波导谐波抑制滤波器进行了研究。基于矩形波导滤波器提出一种谐波抑制方法,通过在矩形波导里加脊处理,不仅可以大大缩小滤波器的体积,并且表现较好的带外抑制性能,带外抑制效果达基本频率3倍以上。(三)对腔体多频滤波器进行了研究。基于同轴腔体设计了一款双频滤波器:对同轴腔体进行开路枝节加载,可以引入新的谐振模式,枝节加载的位置和长度影响谐波与基频的频率比。提出一款基于枝节加载的双频腔体宽带滤波器,第一通带中心频率为0.9GHz,3dB带宽为9%。第二通带中心频率为2GHz,3dB带宽为7.2%,并引入一个传输零点。
【图文】：

华南理工大学工程硕士学位论文这将对滤波器的带外抑制带来较大的影响[3]-[4]。同时会在系统不需要的频率处产生谐振通带，这将直接影响微波系统的选频和去噪功能，因此对整个微波系统的设计造成很大的影响，也一直是人们在设计微波系统时面临的结构困扰。因此，滤波器的带外抑制性能和选频性能是在微波滤波器发展中备受关注的部分。早期人们一般是使用一个低通滤波器和一个带通滤波器进行级联，用这种方式来抑制寄生通带的产生。然而这种抑制谐波的方式，因为采用的是两个滤波器级联，这肯定会增加原本系统的重量和体积，这也意味着制造成本也相应的提高[5]。因此，研究具有谐波抑制功能的滤波器在现阶段来看，，具有很重要的现实意义。

（a） （b）图 1-2 PBG-微带滤波器 （a)结构示意图 （b）抑制效果图通常我们在微带谐波抑制滤波器设计中使用抽头技术。早期 Kuo J 等人就提出种抽头结构的馈电方式设计的宽阻带滤波器，成功抑制寄生通道到基频的 6 倍以07 年，Ching-Luh Hsu 等人发表“ATwo-Stage SIR Bandpass Filter With an Ultraper Rejection Band”，文章阐述了一种微带谐波抑制的方法[23]。如图 1-3 所示，
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713

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本文编号：2641468