可重构射频滤波器的理论研究与设计
发布时间：2020-10-08 16:31
随着多标准通信系统的发展,可重构射频滤波器受到越来越多人的研究与关注。本文基于SIW结构,从可重构射频滤波器理论研究到实际SIW结构设计方法,对可重构SIW滤波器进行了相关研究。首先,本文综合分析了滤波器耦合矩阵,包括N+2耦合矩阵的构造,矩阵的相似转换和重新配置。提出了可重构的含变量的耦合矩阵,为实际可重构滤波器提供理论指导。针对SIW具有低成本,低功耗,相对较高Q值,高功率处理能力和高密度集成的优点,本文介绍了 SIW滤波器的馈电方式,并对可重构SIW谐振腔中心频率设计、可重构带宽设计和可重构外部Qe值设计进行了理论分析和具体实现方法的研究。基于上述设计理论和方法,本文设计了一款紧凑的双频带HMSIW带通滤波器,双模HMSIW谐振腔通过垂直混合耦合形成了双频带滤波器,大大减小了滤波器的尺寸,滤波器的两个通带带宽可以独立设计,此外还引入了三个传输零点,大大改善了带外抑制,其中一个零点可以灵活设计在第二通带的左边或右边。双频带HMSIW滤波器可以扩展到多阶滤波器,仿真设计的3阶HMSIW滤波器具有5个传输零点,两个通带都具有准椭圆响应。基于QMSIW结构,本文设计了一款可重构的双频带QMSIW带通滤波器,两个通带可以独立连续调谐,每个通带只需要一个控制电压,调谐方便,仿真和测试结果具有很好的一致性。为了进一步实现滤波器的小型化,本文设计了一款全可调的小型化EMSIW带通滤波器,通过在EMSIW腔上加载短截线和变容二极管,不仅实现了 EMSIW滤波器的小型化,而且创新性地实现了 EMSIW滤波器的中心频率可重构,EMSIW腔通过边缘电耦合,在EMSIW腔之间加载变容二极管创新性地实现了带宽可重构。此外,在通带的上方引入了两个传输零点改善了带外抑制。仿真和测试结果都显示滤波器中心频率和带宽都能连续调谐。与国内外其他全可调的SIW滤波器相比,该全可调滤波器在保持优良性能的情况下,获得了最小的尺寸。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713
【部分图文】：
（６）阻带抑制：在理想情况下，我们期望滤波器的带外抑制衰减量能趋向逡逑于无穷大，然而，在实际情况中，我们只能做到有限的带外抑制衰减量。在现实逡逑情况中，通过将阻带抑制与矩形系数相联系，一般设计阻带抑制量为６０ｄＢ。逡逑值得注意的是在可重构射频滤波器的设计中，我们不是只关注某一个中心频逡逑率的插入损耗或是回波损耗指标，可重构滤波器一般是指中心频率可调，带宽可逡逑调，以及外部Ｑｅ值也可调，我们需要保证可重构滤波器在整个调谐范围内都具逡逑有优良的性能。逡逑２．２滤波器耦合矩阵逡逑研究滤波器电路的耦合矩阵表示形式对于ＲＦ／微波滤波器的设计非常实用，逡逑因为可以对滤波器的耦合矩阵进行求逆、相似变换等运算，这能够简化复杂电路逡逑的综合过程，方便拓扑重构，优化性能仿真。此外，耦合矩阵具有滤波器电路元逡逑件的真实特性，如每个谐振器的外部Ｑｅ值，滤波器的自耦合、主耦合，交叉耦逡逑合大小等，耦合矩阵中的这些元素与实际滤波器的电路元件唯一对应，这样可以逡逑清楚地知道各个电路元件对电气特性的作用。逡逑２．２．１耦合矩阵综合逡逑／逦Ｍｉ，ｎ逦ｖ逡逑
以由导纳逆变器〔９０°长度的传输线〉代替，其近似于许多微波耦合装置的电特逡逑性。通过在网络的每一端放置一个逆变器，也可以表示滤波器的输入和输出耦合，逡逑如图２．２所示。利用额外的逆变器，矩阵的大小增加到（Ｎ＋２）邋Ｘ邋（Ｎ＋邋２）邋—一逡逑即所谓的Ｎ＋邋２耦合矩阵一一并且成为图２．２的双网络。逡逑；逦Ｍｓ，ｌ逦＼逡逑逦Ｑ邋；逦．．．逦逦逦．邋－逦广＇逦逡逑（Ｔ）邋｜Ｇｓ邋Ｍｓ！邋ｎ邋ｆ邋／Ｗｉ，ｊ邋］邋＃邋Ｍｉｗ邋．邋：邋Ｐ邋Ｍｒｕ逦Ｇｌ杂逡逑ｉ邋ｊ（Ｓ）ｃ＿逦［ｙｓｆｄｉ逦｜７５ｊ邋（／？）！逦｜／ＢｍＮ）｜逦Ｊ＾）逦１逡逑＼＼＼邋／邋／邋／逡逑＼＼逦＿／邋／逡逑Ｖ逦Ｍｚｎ－ｉ逦（Ｉ逡逑＇逦Ｍ２，Ｎ逦＇逡逑图２．２经过修改的多路耦合网络低通原型，包括ＦＩＲ和导纳逆变器。逡逑图２．１中的电路仅支持对称滤波特性，但在每个环路中增加了串联频率不变逡逑电抗（ＦＩＲ），电路的功能可以扩展到包括非对称情况（见图２．２）。随着ＲＦ频逡逑谱变得更加拥挤和带外抑制要求更高，最近这些应用越来越多。ＨＲ邋（有时称为逡逑自耦合）表示与其相关联的谐振器的频率偏移
逦＾逦（２．１１）逡逑０」＊＝１邋（５＿＿７八－）ｌ／ｉｌ／ｔ邋ｒ２２＊＿逡逑其次，图２．４邋（ｂ）中每个低通谐振器的元件是级联的（使用ＡＢＣＤ矩阵），逡逑将它们转换为单独的ｙ参数矩阵，然后根据网络元素将它们相加以形成整体［ＹｎＪ逡逑矩阵。逡逑ｗＬ0邋N（２．⑵逡逑＿＾ｓｌ邋0」灸＝１邋（NB＾邋＋ｙ尽）＿逡逑现在是分析［ＹＮ］的两个表达式，第一个是留数ｒ２１１＾ｎｒ２２ｋ以及特征值它逡逑们己经从所需滤波函数的Ｓ２１和Ｓ２２多项式导出，第二个是根据横向阵列的电路逡逑元件而获得，令两个表达式相等，这导致留数和横向耦合矩阵元素之间的以下关逡逑系：逡逑１１逡逑
本文编号：2832475
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713
【部分图文】：
（６）阻带抑制：在理想情况下，我们期望滤波器的带外抑制衰减量能趋向逡逑于无穷大，然而，在实际情况中，我们只能做到有限的带外抑制衰减量。在现实逡逑情况中，通过将阻带抑制与矩形系数相联系，一般设计阻带抑制量为６０ｄＢ。逡逑值得注意的是在可重构射频滤波器的设计中，我们不是只关注某一个中心频逡逑率的插入损耗或是回波损耗指标，可重构滤波器一般是指中心频率可调，带宽可逡逑调，以及外部Ｑｅ值也可调，我们需要保证可重构滤波器在整个调谐范围内都具逡逑有优良的性能。逡逑２．２滤波器耦合矩阵逡逑研究滤波器电路的耦合矩阵表示形式对于ＲＦ／微波滤波器的设计非常实用，逡逑因为可以对滤波器的耦合矩阵进行求逆、相似变换等运算，这能够简化复杂电路逡逑的综合过程，方便拓扑重构，优化性能仿真。此外，耦合矩阵具有滤波器电路元逡逑件的真实特性，如每个谐振器的外部Ｑｅ值，滤波器的自耦合、主耦合，交叉耦逡逑合大小等，耦合矩阵中的这些元素与实际滤波器的电路元件唯一对应，这样可以逡逑清楚地知道各个电路元件对电气特性的作用。逡逑２．２．１耦合矩阵综合逡逑／逦Ｍｉ，ｎ逦ｖ逡逑
以由导纳逆变器〔９０°长度的传输线〉代替，其近似于许多微波耦合装置的电特逡逑性。通过在网络的每一端放置一个逆变器，也可以表示滤波器的输入和输出耦合，逡逑如图２．２所示。利用额外的逆变器，矩阵的大小增加到（Ｎ＋２）邋Ｘ邋（Ｎ＋邋２）邋—一逡逑即所谓的Ｎ＋邋２耦合矩阵一一并且成为图２．２的双网络。逡逑；逦Ｍｓ，ｌ逦＼逡逑逦Ｑ邋；逦．．．逦逦逦．邋－逦广＇逦逡逑（Ｔ）邋｜Ｇｓ邋Ｍｓ！邋ｎ邋ｆ邋／Ｗｉ，ｊ邋］邋＃邋Ｍｉｗ邋．邋：邋Ｐ邋Ｍｒｕ逦Ｇｌ杂逡逑ｉ邋ｊ（Ｓ）ｃ＿逦［ｙｓｆｄｉ逦｜７５ｊ邋（／？）！逦｜／ＢｍＮ）｜逦Ｊ＾）逦１逡逑＼＼＼邋／邋／邋／逡逑＼＼逦＿／邋／逡逑Ｖ逦Ｍｚｎ－ｉ逦（Ｉ逡逑＇逦Ｍ２，Ｎ逦＇逡逑图２．２经过修改的多路耦合网络低通原型，包括ＦＩＲ和导纳逆变器。逡逑图２．１中的电路仅支持对称滤波特性，但在每个环路中增加了串联频率不变逡逑电抗（ＦＩＲ），电路的功能可以扩展到包括非对称情况（见图２．２）。随着ＲＦ频逡逑谱变得更加拥挤和带外抑制要求更高，最近这些应用越来越多。ＨＲ邋（有时称为逡逑自耦合）表示与其相关联的谐振器的频率偏移
逦＾逦（２．１１）逡逑０」＊＝１邋（５＿＿７八－）ｌ／ｉｌ／ｔ邋ｒ２２＊＿逡逑其次，图２．４邋（ｂ）中每个低通谐振器的元件是级联的（使用ＡＢＣＤ矩阵），逡逑将它们转换为单独的ｙ参数矩阵，然后根据网络元素将它们相加以形成整体［ＹｎＪ逡逑矩阵。逡逑ｗＬ0邋N（２．⑵逡逑＿＾ｓｌ邋0」灸＝１邋（NB＾邋＋ｙ尽）＿逡逑现在是分析［ＹＮ］的两个表达式，第一个是留数ｒ２１１＾ｎｒ２２ｋ以及特征值它逡逑们己经从所需滤波函数的Ｓ２１和Ｓ２２多项式导出，第二个是根据横向阵列的电路逡逑元件而获得，令两个表达式相等，这导致留数和横向耦合矩阵元素之间的以下关逡逑系：逡逑１１逡逑
【参考文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 高浩洋;基片集成波导在微波电路中的应用研究[D];电子科技大学;2016年
本文编号：2832475
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