电调介质谐振器带通滤波器的研究

发布时间：2020-10-30 07:59

　　 电调滤波器广泛应用于防跟踪跳频通信、多波段通信、雷达、电子对抗和软件定义无线系统,其性能的好坏直接影响着整个无线通信系统的质量。介质谐振器带通滤波器具有体积小、温度稳定性高和结构稳定等优点,是基站、手持机和车载台等通信设施中倍受青睐的微波元器件之一,但电调介质谐振器带通滤波器的研究和报道相对较少,本文在这方面进行大胆尝试并试图填补一些空白,研究带宽恒定的电调介质滤波器,研究中心频率和带宽均可调的电调介质滤波器,研究压电换能器电调介质谐振器和介质滤波器,其中有些电调介质滤波器的结构属于首次提出。本文针对电调介质谐振器带通滤波器,开展深入的理论研究和实验验证,论文的主要创新性工作和结果如下:1、首次采用同轴介质谐振器和微带线构成复合型阶跃阻抗谐振器(CSIR),这种独特的结构能够控制复合谐振器间的电耦合和磁耦合的强弱,实现混合耦合,并对这种耦合结构进行了电磁耦合分析,并用这种结构实现了恒定绝对带宽的电调介质滤波器和恒定相对带宽的电调介质滤波器。采用渐进空间映射技术进行优化滤波器的结构参数。用阻抗比大于1的CSIR设计了恒定绝对带宽的电调介质滤波器,制作了实物,变容管偏压0-10V时,电调范围0.67～0.98GHz,绝对带宽的变化为42～47MHz。用阻抗比小于1的CSIR设计了恒定相对带宽的电调介质滤波器,制作了实物,变容管偏压0-10V时,电调范围0.43～0.78GHz,相对带宽的变化为6.4%～6.8%。两种滤波器均达到了设计要求。并与国外最新成果进行了比较。2、探讨了带宽可调介质滤波器的耦合结构,提出在入/4同轴介质谐振器之间加可变电容器的方法实现带宽可调,并推导出通带带宽和中心频率可调介质滤波器的耦合系数与可变电容的关系式。设计和实现了三种不同带宽特性的电调介质滤波器:一种以电容为输入输出耦合的带宽逐渐增大的可调滤波器,且各频率点的带宽可调,另两种分别是以电感为输入输出耦合的绝对带宽恒定电调滤波器和相对带宽恒定的电调滤波器。采用空间映射技术优化恒定带宽所需耦合元件的参数值。三种电调滤波器均制作了实物,实测结果表明:中心频率可调范围为550～850MHz,固定调频变容管偏压,带宽可调范围为42～～70MHz和72～100MHz;同时控制调频变容管和调耦合变容管的偏压可实现恒定绝对带宽,81MHz(中心频率调谐范围550～806MHz),和恒定相对带宽,15%(中心频率调谐范围537～860MHz)。并与国外最新成果进行了比较。3、从理论上分析了压电换能器调谐介质谐振器的原理。设计和实现了压电换能器电调TE模介质谐振器和TE模介质滤波器。采用压电双片和介电常数为45的介质谐振器制作了实物,实测结果分别是:压电换能器调谐介质谐振器的谐振频率为4.1073GHz,当电压从-27V调到27V,频率变化量从-16MHz变到24MHz,频率呈线性变化,有载QL值从2850变化到2400,并与金属杆谐振介质谐振器作了比较。当电压0V调到50V时,压电换能器电调介质滤波器的中心频率可调范围:4.155～4.205GHz,通带特性变化较小。4、采用渐进空间映射技术优化了可调介质滤波器的结构参数和耦合元件的参数,以实现不同带宽特性的电调滤波器。在粗模型中,以中心频率作参变量,选择优化算法,使滤波器的带宽(绝对或相对带宽)在各个频率处都保持恒定,细模型只需验证结构参数,参数提取时,不需要提取频率的变化值,提高了优化速度。在建模方面,采用LC并联谐振电路作为可调元件加载介质谐振器(或复合谐振器)的粗模型,优化速度很快,只需精细模型2～4次迭代,便得到细模型的最优值。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN713
【部分图文】：

器的设计方法；研宄了中心频率和带宽同时可调的同轴介质滤波器的耦合结构和带宽??控制方法；设计和制作了小型化的六路介质滤波器组；探讨了压电换能器调谐介质谐??振器和滤波器的结构。本文的整体设计框架如图１．１所示。??渐进空间映射￣｜电调介质谐振器滤波器空间映射优化理论Ｈ渐进空间映射优化??优化理论?ｊ［?｜?的两个实例??电调介质谐振器带通滤波器的设计与优化??１恒定带宽电调介质滤波器?中心频率和带宽可调的?压电换能器??￣ｙ?＾?—?介质带通滤波器?电调介质滤波器??，／?＼?＾?＇?／?Ｘ??恒定恒定带宽绝对带宽相对带宽电调介质电调介质??绝对带宽相对带宽逐渐增大恒定恒定谐振器滤波器??图１．１本文的组织框架??本文的主要工作包括两大部分：第１部分为介质谐振器带通滤波器空间映射优化??理论；第２部分为电调介质谐振器带通滤波器的设计与优化，第１部分是优化理论，??用于第２部分的具体结构中，第２部分是多种电调滤波器的实现，是第１部分的理论??应用和创新。大致内容如下：??（１）

２．?２．?１介质谐振器的工作原理??微波介质谐振器的工作原理是将高频（微波）电磁波引入电介质中，高介电常数??的介质界面与导体壁有类似特征，能使电磁波在电介质与自由空间的界面发生完全??的或近似完全的反射，形成驻波而产生振荡，等效为并联谐振电路［５Ｕ，如图２．?２所示??｜Ｌｒ?＝＝Ｃｒ?［ｊ］Ｒ０??Ｏ??图２．２介质谐振的等效电路??从物理意义上讲，当电磁波在具有两种不同介电常数介质的分界面上产生全反射??。器也可成是两端开路的??

博士学位论文?电调介质谐振器带通滤波器的研究??矩形、圆柱形和环形，如下图２．１所示，??」￣Ｔ?＝?＿?ｆ?丨丨?１?—?—?—?－?一?—?■一??—一－一一?ｉ?／?＿?＿?＿?Ｉ?－．－????２ａ??－Ｉ?Ｉ－??２ａ??？??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图２．１介质谐振器的形状（ａ）矩形，（ｂ）圆柱形，（ｃ）环形??２．?２．?１介质谐振器的工作原理??微波介质谐振器的工作原理是将高频（微波）电磁波引入电介质中，高介电常数??的介质界面与导体壁有类似特征，能使电磁波在电介质与自由空间的界面发生完全??的或近似完全的反射，形成驻波而产生振荡，等效为并联谐振电路［５Ｕ，如图２．?２所示??｜Ｌｒ?＝＝Ｃｒ?［ｊ］Ｒ０??Ｏ??图２．２介质谐振的等效电路??从物理意义上讲，当电磁波在具有两种不同介电常数介质的分界面上产生全反射??并在介质中形成纯驻波时便构成了谐振器。因此介质谐振器也可以看成是两端开路的??一段介质波导，其中的振荡模式与介质波导中的模式相对应，有无限多个振荡模式。??但由于在介质谐振器两端的介质空气分界面外部的场不为零，而是按指数规律在空气??中逐渐衰减的
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本文编号：2862221