可重构SIW滤波器的小型化研究

发布时间：2020-05-30 11:02

【摘要】：随着近年来无线电的发展,频谱资源十分稀缺,射频模块越来越需要有在不同频段中运行的能力。在实现不同频段信号共存的同时,保持甚至减小通信系统最终的尺寸是非常重要且具有挑战性的。而滤波器作为系统中必不可少的无源模块,实现其小型化和可重构是未来发展的趋势。本文首先研究了滤波器电路综合的一般过程,然后讨论了耦合矩阵综合过程并且对传输零点的拓扑结构进行了分析。基于固定滤波器的理论研究,本文介绍了一种适合射频/微波带通滤波器的设计方法,并设计了一款七阶金属波导滤波器。SIW与金属波导的传播特性和谐振耦合都非常相似,本文参考金属波导滤波器的设计方法,研究SIW滤波器的设计过程,并设计了4款同一指标的四阶SIW滤波器。对于可重构滤波器来说,不管是在理论研究方面还是设计方法方面,成果都相当匮乏。本文会在固定滤波器设计理论的基础上,研究其中心频率可调、带宽可调、零点可调的设计方法。传统的波导技术不容易实现可重构,而SIW器件作为平面结构,在继承金属波导优点的同时也易实现可重构,所以本文讨论了SIW结构的可重构技术。鉴于SIW结构相比其他平面结构尺寸还是较大,本文同时对SIW结构的小型化技术进行了研究,并运用于后文的可重构滤波器中。按照滤波器的理论研究和可重构方法设计出两款符合小型化要求的可重构滤波器,这两款滤波器都实现了频率带宽的全可重构。一款为可重构QMSIW滤波器,频率可调范围是0.78GHz-1.17GHz,每个频点的带宽都可重构;运用了四分之一模SIW结构,尺寸相对于全模SIW结构减少了75%,同时也运用了一种新型的SIW加载调谐器件的方法。另一款是可重构RHMSIW滤波器,频率可调范围是1.11GHz-1.55GHz,每个频点的带宽都可重构;运用了脊型半模SIW结构,尺寸减少了84%;并且可以级联可调低通滤波器,对带外性能进行改善。
【图文】：

图 2.1 全极点低通原型滤波器电路（a）并联输入结构（b）串联输入结构而包含有限零点的滤波器电路需要在原型网络中引入谐振电路，按谐振结构类型分为两类：并联结构、串联结构，，分别如图 2.2（a）（b）所示。图 2.1 和图 2.2 中的“g 参数”则根据特征多项式来确定。参考文献[56]（包含最大平坦和切比雪夫滤波器）列出了详尽的公式，最终确定 gk。图 2.2 有限传输零点的低通原型滤波器电路（a）并联结构（b）串联结构接下来的设计过程，在原型电路的基础上，通过频率、带宽、阻抗变化推导到实际的滤波器电路中，确定最终电路图和元件值，这就是电路综合的一般过程。例如，设计带通滤波器时，不能直接使用低通原型电路，需要对其进行低通-带通变换，其变换过程如图 2.3 所示。

图 2.1 全极点低通原型滤波器电路（a）并联输入结构（b）串联输入结构而包含有限零点的滤波器电路需要在原型网络中引入谐振电路，按谐振结构类型分为两类：并联结构、串联结构，分别如图 2.2（a）（b）所示。图 2.1 和图 2.2 中的“g 参数”则根据特征多项式来确定。参考文献[56]（包含最大平坦和切比雪夫滤波器）列出了详尽的公式，最终确定 gk。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713

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本文编号：2688037