高矩形系数交叉耦合滤波器研究与应用

论文摘要

随着国民经济信息化的迅速发展,我国正在进行宽带移动网络的大规模部署。由于无线通信有限的频谱资源的利用率越来越高,相邻频段的通信系统间互相的带外干扰日益严重,如何有效降低带外干扰,提高带内信噪比,提高通信质量已经成为通信运营商和设备商面临的重要课题。移动通信设备中需要大量应用高性能微波滤波器,这种滤波器需要高的矩形系数(即更陡的带外抑制),低的带内插损以及均衡的带内群时延特性。在滤波器的设计中采用交叉耦合技术,主动地引入特定频率的传输零点,能够满足这些性能要求的同时,降低滤波器的阶数。本文研究具有广义切比雪夫滤波特性的交叉耦合滤波器的综合方法,并进行了滤波器的设计尝试,通过仿真验证了理论计算的准确性。在理论研究的基础上,通过编制一系列基于Matlab的滤波器综合程序,进行了CDMA、GSM和3GHz无线通信频段的带通滤波器的综合方法的研究与仿真计算,结果表明交叉耦合技术可以大幅提高滤波器的性能。根据综合设计结果,利用HFSS软件进行了一个WCDMA频段的滤波器结构设计和仿真验证,仿真得到的响应与综合结果非常接近,证明了文中阐述的滤波器综合设计方法的有效性。论文最后对主要工作做了系统的总结,阐述了本文研究的综合技术和仿真方法在微波滤波器设计工作中的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题意义和研究对象
• 1.3 文章结构
• 第2章 滤波器基本原理与耦合理论研究
• 2.1 滤波器的基础
• 2.1.1 滤波器主要性能指标
• 2.1.2 集中参数低通原型滤波器及其传输函数
• 2.1.3 典型的低通原型滤波器的传输函数和响应曲线
• 2.1.4 阻抗缩放与频率变换
• 2.2 耦合理论与耦合矩阵研究
• 2.2.1 环路方程和节点方程
• 2.2.2 一般情况下的耦合方程
• 2.2.3 k和Qe的提出方法
• 2.2.3.1 k和耦合结构的关系
• 2.2.3.2 耦合系数k的提取
• 2.2.3.3 外部品质因数Qe的提取
• 2.3 本章小结
• 第3章 交叉耦合广义切比雪夫滤波器研究
• 3.1 广义切比雪夫滤波函数多项式的构成
• 3.1.1 滤波器逼近函数
• 3.1.2 切比雪夫多项式的定义
• 3.1.3 广义切比雪夫传输函数多项式的构成
• n]的综合'>3.2 滤波网络的导纳函数[Y_n]的综合
• 3.2.1 根据传输反射函数的多项式导出滤波网络的导纳函数
• 3.2.2 由等效电路方法综合滤波网络的导纳函数
• 3.3 “扩展”耦合矩阵的提取
• 3.4 耦合矩阵化简
• 3.5 本章小结
• 第4章 交叉耦合滤波器拓扑结构研究
• 4.1 概述
• 4.2 Folded（折叠式）拓扑研究
• 4.3 Wheel拓扑研究
• 4.4 CT/CQ拓扑研究
• 4.4.1 Triplets提取
• 4.4.2 Quadruplets提取
• 4.4.3 Quintuplet提取
• 4.4.4 Box-Section提取
• 4.5 本章小结
• 第5章 交叉耦合滤波器的综合设计与结构仿真
• 5.1 滤波器的综合法设计实例
• 5.1.1 CDMA800M频段带通传统切比雪夫滤波器设计实例
• 5.1.2 GSM900M上行频段带通滤波器设计实例
• 5.1.3 3GHz频段带通滤波器设计实例
• 5.2 WCDMA频段交叉耦合腔体滤波器设计实例
• 5.2.1 滤波器的设计指标
• 5.2.2 滤波器综合（得出耦合矩阵）
• 5.2.3 腔体滤波器结构设计仿真
• 5.2.3.1 单腔通过仿真达到设计中心频率
• 5.2.3.2 双腔磁耦合系数仿真计算
• 5.2.3.3 双腔电耦合系数仿真计算
• 5.2.3.4 输入输出耦合的仿真计算
• 5.2.3.5 整体响应曲线仿真和结构参数得出过程
• 5.2.3.6 滤波器设计整体参数表
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 缩略语表和附录