具有陷波特性的超宽带滤波器设计

发布时间：2020-08-20 17:13

【摘要】：本篇论文的研究范围是具有陷波特性的超宽带滤波器。超宽带技术的研究历史可以追溯到上个世纪中期,但自2002年美国联邦通信委员会(FCC)制定并发布关于超宽带通信的相关技术标准后,因其所具备的数据通讯高速率、低发射功率、信息携带量大等技术优势而受到了学界和工程界的广泛关注,超宽带滤波器对UWB通信系统的重要性不言而喻。在实际应用中,由于民用超宽带和移动通信的频谱交叠情况愈来愈严重,信号干扰的问题凸显出来。近来,超宽带滤波器设计追寻多阻带、小型化、灵活选频。鉴于此种趋势,本文设计了三款(单陷波、双陷波、陷波频率可切换)超宽带微带滤波器。文中的主要工作有:1.首先利用多模谐振理论,基于Rogers5880基板构造超宽带微带滤波器。通过分析“工”字型谐振器的谐振特性以及中央加载枝节引入的传输零点位置分布,根据所画谐振模式图,选择满足需要的导纳比,使得带内存在的三个谐振模式均匀分布,从而获得平坦的通频带,通过CAD辅助计算工具计算微带线的阻抗、宽度等参量,然后在软件HFSS建立初步模型,后面通过在交指背面开缺陷地增强其耦合,得到满足通频带范围、低插损的UWB滤波器,然后,在输入端引入不对称耦合线产成的传输路径差,产生WLAN(5.15GHz-5.35GHz)频段的阻带,设计了一款单陷波滤波器。然后,基于所设计的单陷波滤波器,通过在T型微带贴片上开槽的方式,使得信号谐振在此处产生了X波段(7.9GHz-8.4GHz)处的阻带,设计了一款双陷波滤波器。最后对单陷波滤波器进行了加工测试。2.利用加载优化短路支节的设计方法,构造出超宽带滤波器,得到的原始设计尺寸比较大,因此对其进行折叠以减小尺寸。然后设计了E型双模谐振器,通过耦合的方法使滤波器产生双陷波。在此基础上,原计划采用PIN二极管充当开关,在E型谐振器中间做了截断处理,为开关预留位置。在滤波器内部空间设计了直流偏置电路。对所设计的可重构滤波器进行了加工,测试时通过加入导电银浆、去除导电银浆,模拟开关二极管的通断,实现对谐振器工作模式的控制。开关断开时,滤波器阻带出现在X波段,开关打开时,出现另外一个WLAN频段的阻带。由此实现陷波频率的切换。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713
【图文】：

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图 1-1 现阶段已划定的供通信使用频谱[2]从图 1-1 中可以看到，FCC 规定的可以用于民用的室内超宽带通信系统和现有的无线电通信频段对比，两者在 Wimax 系统的 3.5GHz 频段、WLAN 频段、8GHz附近的卫星通信频段存在频谱的重叠。毫无疑问的是，如果我们要利用室内超宽带系统的频谱资源（3.1GHz 到 10.6GHz），必须要考虑到的一个问题就是频谱的交叠问题，如果忽视这个情况，就会对通信系统的完整性和准确性造成极大地危害。超宽带技术的发展与进步同样需要相关的新型微波器件与电路系统来实现，因此，这也无形中推动了人们对 UWB 技术的探索与研究，在研制相关的适用于超宽带通信标准的器件时，我们必须要注意尽量避免有可能存在的信号干扰。射频通信所用微波器件，比如说功率放大器、滤波器、功率分配器、低噪声放大器、天线都扮演了重要的角色。因此，研究适用于超宽带通信系统的高性能、小型化滤波器，其担负了保证通信的完整性、安全性的重要角色。基于此种背景与意义，本文提出并设计了三款具有陷波特性的超宽带滤波器。

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(a) (b)图 1-2 低通滤波器嵌入高通滤波器实现的超宽带滤波器[3]。(a) 结构图；(b) S 参数响应1.2.2 优化短路枝节加载传输线的方法这种类型超宽带滤波器的基本结构，是由优化过的高通滤波器加载短路枝节构成，短路支节之间的连接线和传统的设计方法相比较，并不存在冗余，比传统的加载方式能更有效的实现滤波特性[5]。凭借微波网络理论、传输线模型等效等途径计算出短路支节长度、特性阻抗，连接线的长度、阻抗，最后综合起来实现超宽带带通特性。这种滤波器结构比较简单，加工也很方便。经过优化的传输线加载 6 条短路枝节构成的超宽带滤波器如图 1-3 所示[6]。

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