微波平面双模及多模滤波器设计与研究

论文摘要

随着现代移动和无线通信业务的快速发展,对通信系统的小型化要求越来越高。近年来,随着半导体业的崛起,使得通信系统中放大器、混频器和振荡器等有源器件的微型化进步明显。而以天线和滤波器为主的无源器件小型化进程却十分缓慢,制约了整个射频和微波电路小型化的发展。本文对滤波器小型化技术的双模和多模谐振器方面进行了研究,讨论了交叉耦合滤波器的优化算法,给出了多个双模和多模滤波器实例,总结多模滤波器设计的思路。第一章介绍了双模及多模滤波器的研究背景和最新研究动态。第二章介绍了滤波器设计的基本理论,回顾了传统滤波器的传输函数形式、频率变换和谐振器的品质因数等内容。第三章围绕交叉耦合谐振器滤波器的优化展开了讨论。首先介绍了源和负载直接耦合与不直接耦合两种滤波器基本耦合模型；其次给出了广义切比雪夫低通原型零极点的转换关系；最后介绍了交叉耦合滤波器优化算法,并对滤波器优化综合实例展开了细致的讨论。第四章首先提出了圆形贴片加载的折叠六边环谐振器,并分别对其对应的两种形式的谐振器的谐振模式特性进行了分析,还综合出其滤波器对应的耦合矩阵。其次本章还提出了中心方形环枝节加载的双模滤波器,分析了中心枝节加载谐振器的基本原理,最后给出了滤波器的耦合矩阵和测试的频率响应。第五章介绍了两个新颖的六角形三模带通滤波器。通过两种不同形式的电容性加载单元降低了六角形谐振器中特定模式的谐振频率,而其它谐振模式的谐振频率几乎保持不变。同时分析了两个六角形谐振器的模式特征,给出了其设计滤波器的思路。最后分别对两个六角形三模滤波器进行了加工与测试。第六章对全文内容和创新点作了简单总结,并指出了下一步研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 滤波器理论发展过程
• 1.2.2 滤波器小型化技术
• 1.2.3 双模及多模滤波器发展动态
• 1.3 本文的主要工作和创新点
• 第二章 微波滤波器设计基本理论
• 2.1 传输函数
• 2.1.1 Butterworth频率响应
• 2.1.2 Chebyshev频率响应
• 2.1.3 Elliptic Function频率响应
• 2.1.4 广义Chebyshev频率响应
• 2.2 频率变换
• 2.2.1 低通原型去归一化频率变换
• 2.2.2 低通到高通的频率变换
• 2.2.3 低通到带通的频率变换
• 2.2.4 低通到带阻的频率变换
• 2.3 电抗元件的损耗和无载Q值
• 2.4 谐振器的外部Q因数
• 第三章 交叉耦合滤波器的优化
• 3.1 交叉耦合基本理论
• 3.1.1 源和负载不直接耦合滤波器基本模型及分析
• 3.1.2 源和负载直接耦合的基本模型及分析
• 3.2 广义Chebyshev低通原型零极点关系分析
• 3.3 交叉耦合滤波器优化算法
• 3.3.1 全局最优的遗传算法
• 3.3.2 局部最优的Solvopt算法
• 3.3.3 滤波器优化综合实例
• 3.3.4 小结
• 第四章 平面微带双模滤波器的设计与实现
• 4.1 圆形贴片加载折叠六边形环双模滤波器
• 4.1.1 折叠环谐振器基本原理
• 4.1.2 圆形贴片加载折叠六角形环谐振器
• 4.1.3 圆形贴片加载折叠六角形环滤波器
• 4.2 中心方形环枝节加载双模滤波器
• 4.2.1 中心枝节加载谐振器基本原理
• 4.2.2 中心方形环枝节加载双模滤波器
• 第五章 平面多模滤波器的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 正面扇形枝节加载的六角形三模带通滤波器
• 5.3 背面圆形贴片加载的六角形三模带通滤波器
• 第六章 总结和展望
• 6.1 主要工作与思路
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果