微带滤波器与功率放大器阻抗匹配网络的综合研究

发布时间：2020-05-15 21:05

【摘要】：微带滤波器是现代通信系统十分重要的元件,用它来选择有用信号和抑制杂波干扰信号。现代通信技术的发展日新月异,这也要求对微带滤波器的理论研究和设计与时俱进。近年来,小型化多带微带滤波器的研究已成为一个研究热点,这样可以满足通信系统多频化和集成化,提高频谱资源的利用率,减小体积,降低成本和功耗。本文利用广义切比雪夫滤波器综合理论基础,并将与多模阶跃阻抗谐振器(SIRs)相结合,利用交叉混合耦合技术,研究了微带滤波器的设计,在如何实现多通带滤波器的小型化及高带外抑制度方面进行了自己的研究工作。本文的主要研究工作和创新点如下:1、提出了基于广义切比雪夫滤波器函数的综合理论四带滤波器频率变换的综合方法。详细的分析了广义切比雪夫滤波器函数的综合理论和广义切比雪夫滤波器耦合矩阵的综合方法以及双带、三带滤波器频率变换的综合方法。结合具体的实例,给出了双带、三带、四带滤波器传输函数的仿真曲线。验证了理论和方法的正确性,总结了多通带滤波器频率变换的综合方法和步骤。2、提出了基于改进型1/4波长三模阶跃阻抗谐振器和电磁耦合技术设计了一款工作于1.9/3.5/5.75 GHz的三通带滤波器。首先,对改进型1/4波长三模阶跃阻抗谐振器阻抗特性进行分析,1/4波长三模阶跃阻抗谐振器由一个闭环的方形和两个开路枝节构成,产生多频谐振特性;其次,合理选择输入输出馈电位置和枝节特征阻抗,合理布局容性耦合和感性耦合枝节长度,通过容性耦合和感性耦合技术在每个通频带的两侧至少引入一对传输传输零点。测试结果表明,成功设计了一款结构紧凑,高选择性,良好的通带隔离性,具有六个传输零点小型化的微带滤波器。该滤波器三个通带3 dB的相对带宽分别为6.1/6.7/7.8%,它的六个传输零点位置分别位于1.65/2.64/3.06/3.75/5.40/6.16 GHz,滤波器的实物尺寸仅有0.04?_g?0.07?_g,_g?为第一通带中心频率处的导波波长。3、基于两节阶跃阻抗谐振器和三节T型枝节加载阶跃阻抗谐振器的奇偶模谐振特性进行理论分析,对多频带谐振中心频率与阶跃阻抗器的特征阻抗比值变化关系和枝节加载的电长度比值变化关系进行了定量的分析与描述。应用容性耦合和0°馈电技术,将一对三节T型枝节加载的阶跃阻抗谐振器折叠成开口谐振环并进行容性耦合级联,成功的设计了一款工作于1.3/2.2/3.3/4.5 GHz的四通带滤波器,该滤波器四个通带的3 dB相对带宽分别为5.2/3.63/4.2/9.6%,具有7个传输零点,滤波器的实物尺寸仅有0.32?_g?0.23?_g,_g?为第一通带中心频率处的导波波长。该四频带滤波器通过改变枝节的特征阻抗比和电长度比,中心频率灵活可调,采用电磁耦合和0°馈电技术引入多个传输零点,提高了滤波器的选择性和带外抑制能力。4、提出了基于改进的阶跃阻抗谐振器和交叉混合耦合技术设计了具有宽阻带特性的窄带带通滤波器和超宽带的宽带滤波器。为了使设计的滤波器更加小型化,采用多层板平面微带线电路设计。窄带带通滤波器由双层板三阶阶跃阻抗谐振器组成,阶跃阻抗谐振器由方形闭环代替传统阶跃阻抗器的低阻抗枝节,高阻抗枝节嵌入到方形闭环之中构成更加紧凑的结构。通过交叉混合耦合技术在通带两侧引入多个传输零点,提高了滤波器的选择性和宽阻带特性。该窄带滤波器的中心频率为2.83 GHz,3 dB相对带宽9.32%,通带两侧有5个传输零点,上边带宽阻带抑制特性高达20 dB以上,阻带抑制特频率范围达到10 GHz,滤波器的实物尺寸仅有0.11λ_g×0.08λ_g,λ_g为通带中心频率处的导波波长。超宽带滤波器基于多层电路板技术,采用T型短路枝节阶跃阻抗谐振器和一对平行传输线形成多路径传输效应,在超宽带滤波器的两侧引入了3个传输零点,中心频率为6 GHz,通频带范围从3.59 GHz-8.21 GHz,相对带宽为74.8%。通带两侧引入三个传输零点,电路尺寸仅有6.5 mm?3.4 mm。5、提出了将多带滤波器的设计思想引入到射频功率放大器的匹配网络设计之中,应用并行T型开路和短路枝节阶跃阻抗谐振器形成双通带谐振效应,由于单管射频功率放大器的CGH40010F的输入输出电阻是复阻抗,实现复阻抗到实阻抗50欧姆阻抗匹配,要在T型开路和短路枝节增加阻抗匹配调整枝节,成功设计了0.9 GHz和2.6 GHz的双带功率放大器,该功率放大器的双频特性选择性能和带外抑制性能良好,结构紧凑,尺寸小,仅有4.5 cm?3.2 cm。
【图文】：

曲线,仿真测试,曲线,枝节

将阶跃阻抗器布置在不同的电路层，通过改变它们的阻抗比和电长度比控制不同通带的中心频率，该滤波器电路尺寸较小，结构紧凑，通带特性和选择性能良好[104]。3）枝节加载的阶跃阻抗谐振器在文献[127]中，使用一对开路枝节加载的三截 T 型阶跃阻抗谐振器，形成两路信号耦合路径，设计双带滤波器。2012 年台湾学者 Wei-Yu Chen, Min-Hang Weng等人[95]使用了枝节加载的 T 型阶跃阻抗谐振器，通过改变阻抗比和两节阶跃阻抗谐振器的电长度比及枝节加载的电长度比来控制前三个谐振频率，通过 0°馈电和交叉耦合设计三通带平面微带滤波器。2016 年 Jiangwei 等人[105]使用开路枝节和短路枝节的阶跃阻抗谐振器设计双带滤波器，一对短路枝节阶跃阻抗谐振器嵌入到一对开路枝节阶跃阻抗谐振器的方形环中，结构紧凑，，采用 0°馈电技术，控制好二者之间的耦合距离和耦合拓扑结构，在中心频率 1.63 /2.73 GHz 通频带的两侧至少可以产生一对传输零点，该滤波器有很高的频率选择特性和宽阻带特性，仿真和测试曲线如图 1-1 所示。

枝节,谐振频率,参数仿真,谐振器

4 、5L 长度的变化，随着长度的增加，三模谐振频率都在在以通过调整开路枝节的长度而获得。0 1 2 3 4 5 6 7-10-8-6-4-20频率(GHz)S1数参d(B)S11图 3-11 三模谐振器单端口特性11S 参数仿真
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713;TN722

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