高性能中功率跳频滤波器的研究

论文摘要

在无线通信中使用跳频技术是军事通信中最主要的抗干扰手段之一,而如果系统中使用合适的中心频率可以快速跟踪跳频变化的带通滤波器将可以明显改善系统的抗干扰性能。所以跳频通信作为现代军事通信的主要方式之一,成为当今研究的热点。本文研制的跳频滤波器具有体积小、时间快、点数多、窄带低损和中功率的特点,在跳频通信领域有较大的应用价值。本文以跳频滤波器为研究内容,主要包括腔体滤波器的谐振频率计算、腔体尺寸设计,在固定腔体加载开关电容阵列的计算和设计,用有源电路和无源电路相结合的方法,采用新颖的结构方式,通过设计仿真优化,实现小型化中功率高性能跳频滤波器。总结了此类滤波器的设计方法,研究具体内容概括如下: 1、主要研究了跳频滤波器插损和功率的影响元素;分别有:跳频滤波器腔体无载品质因数Qu的分析,跳频功能组件中开关功率和插损的分析,加载射频电容插损的分析,介质基板对插损影响分析。2、介绍了耦合谐振滤波器设计的一般理论。运用耦合矩阵推导出耦合系数计算公式,并对相邻谐振器级间耦合系数进行提取,以及对输入输出外部品质因数的提取。以此为理论依据,设计并实现跳频滤波器对带宽和输入输出驻波比的指标要求。3、阐述了跳频滤波器的功能设计和实现,提出用无源电路和有源电路相结合的方法实现无源谐振器加载有源开关电容,从而实现跳频滤波器的功能。介绍了利用三维电磁仿真软件HFSS、平面电路仿真软件ADS等优秀的仿真平台,较为具体地分析了跳频滤波器的谐振杆长度,耦合窗口的位置及尺寸分别对谐振频率和级间耦合的影响。结合具体的技术指标要求,给出了跳频滤波器腔体部分和开关电容部分的设计实例,并得出相应的仿真曲线和部分测试结果。并给出了跳频滤波器数控部分实现原理和具体方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状和发展方向
• 1.3 研究工作与论文构架
• 第二章 跳频滤波器的插损和功率研究
• 2.1 腔体滤波器无载品质因数
• 2.2 开关电容阵分析
• 2.2.1 开关的插损及功率分析
• 2.2.2 电容对插损和功率的影响
• 2.2.3 开关电容阵分析总结
• 2.3 微带片对插损的影响
• 2.4 跳频滤波器插损功率研究总结
• 第三章 跳频滤波器谐振腔的耦合
• 3.1 耦合谐振滤波器的等效电路方程
• 3.1.1 回路方程-磁耦合电路
• 3.1.2 节点方程-电耦合电路
• 3.2 耦合系数的计算
• 3.2.1 电耦合系数
• 3.2.2 磁耦合系数
• 3.2.3 混合耦合系数
• 3.3 耦合系数的提取
• 3.4 外部品质因数的提取
• 3.5 滤波器耦合的研究总结
• 第四章 跳频滤波器的设计和仿真
• 4.1 射频电路部分的设计
• 4.1.1 谐振频率和腔体结构的确定
• 4.1.2 电容阵的加载
• 4.1.3 有源电路设计与仿真模型的建立
• 4.1.4 跳频滤波器的实现和电路仿真
• 4.2 数控电路设计
• 4.3 实物加工及实际测试结果
• 4.4 跳频滤波器研究总结
• 第五章 结论及未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果