无线通信系统中高选择性小型化带通滤波器的研究与设计

论文摘要

现代无线通信,尤其是卫星通信和移动通信,对通道的选择性要求比较高。对器件小型化、微型化的要求也越来越迫切。因此小型化、高选择性是当前滤波器研究的热点。本文根据现实需求,紧紧围绕“高选择性、小型化”两个课题展开,深入地研究了实现高选择性和小型化的新技术和新结构。主要内容如下:（1）首先研究了利用边带优化的方法综合准椭圆函数和广义Chebyshev函数滤波器,实现滤波器的阶数最小化,选择性最大化。（2）提出了含源-负载交叉耦合滤波器的低通等效电路模型,给出了这种结构的传输函数t （s）以及矩阵的综合方法。由含源-负载交叉耦合二端口网络的短路导纳矩阵推导了耦合矩阵M中M SL, M Si和M iL的一般表达式。最后,设计了两种结构新颖的小型化六边形微带滤波器,分别是两腔（同步调谐）和三腔（异步调谐）源-负载耦合交叉耦合滤波器。（3）研究了三种结构的传输线滤波器产生零点的条件,即对称与斜对称串行传输线滤波器、对称与斜对称平行耦合线滤波器以及斜对称耦合的发夹型滤波器,分析了它们产生传输零点的原因、个数和位置。设计了四种具有多传输零点的微带滤波器,提高了滤波器的选择性。（4）重点研究了三种DGS（倒“S”型、发夹型、“凹”型）耦合线滤波器的超宽带特性以及这三种DGS传输线滤波器的低通特性,根据它们的这些特点,设计了多个具有高选择性的小型化超宽带滤波器。（5）首次通过对TEM波作用下SRR双各向异性介质的解析分析,揭示了虚波数引起SRR结构谐振特性的事实,对相对于入射波六种不同摆向的SRR结构谐振响应做出了统一的物理解释。并设计了新颖的SRR多层小型化高选择性滤波器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作的背景与意义
• 1.2 国内外发展历史及现状
• 1.2.1 滤波器的发展历程
• 1.2.2 高选择性滤波器的实现技术
• 1.2.3 小型化滤波器的实现技术
• 1.3 论文的内容安排
• 第二章 传输函数的综合与边带优化
• 2.1 引言
• 2.2 传输函数的综合
• 2.2.1 滤波器网络基础
• 2.2.2 零、极点分布设计应用
• 2.3 椭圆函数的边带优化设计
• 2.3.1 椭圆函数滤波器的设计方法
• 2.3.2 椭圆函数滤波器的边带优化方法
• 2.3.3 设计实例
• 2.4 基于边带优化的准椭圆函数滤波器设计
• 2.4.1 交叉耦合滤波器的等效电路模型
• 2.4.2 椭圆函数的修正
• 2.4.3 一种新的准椭圆函数构造方法
• 2.4.4 设计实例
• 2.5 广义Chebyshev 滤波器的边带优化设计
• 2.5.1 传输零点对边带特性的影响
• 2.5.2 广义Chebyshev 滤波器的边带优化方法
• 2.5.3 设计实例
• 2.6 小结
• 第三章 含源-负载交叉耦合的滤波器设计
• 3.1 引言
• 3.2 等效电路分析
• 3.3 耦合矩阵的求解
• 3.3.1 解析法
• 3.3.2 优化法
• 3.4 设计实例
• 3.4.1 两腔含源-负载交叉耦合的滤波器设计
• 3.4.2 三腔含源-负载交叉耦合的滤波器设计
• 3.5 小结
• 第四章 具有多传输零点的微带滤波器设计
• 4.1 引言
• 4.2 串行结构的传输线滤波器分析
• 4.2.1 对称馈电的λ/2 传输线滤波器
• 4.2.2 斜对称馈电的λ/2 传输线滤波器
• 4.3 平行结构的传输线滤波器分析
• 4.3.1 对称馈电的平行耦合线滤波器
• 4.3.2 斜对称馈电的平行耦合线滤波器
• 4.4 斜对称馈电结构的发夹型滤波器分析
• 4.4.1 电耦合结构实现额外传输零点
• 4.4.2 磁耦合结构实现额外传输零点
• 4.4.3 磁电耦合结构实现额外传输零点
• 4.5 设计实例
• 4.5.1 具有一个传输零点的两腔滤波器设计
• 4.5.2 具有两个传输零点的两腔滤波器设计
• 4.5.3 具有三个传输零点的两腔滤波器设计
• 4.5.4 具有四个传输零点的四腔滤波器设计
• 4.6 小结
• 第五章 高选择性超宽带滤波器设计
• 5.1 引言
• 5.2 超宽带滤波器的研究进展
• 5.2.1 超宽带滤波器的综合设计方法
• 5.2.2 超宽带滤波器的实现形式
• 5.3 基于DGS 的超宽带滤波器设计
• 5.3.1 倒“S”型DGS 滤波器的超宽带特性分析
• 5.3.2 倒“S”型DGS 传输线的低通特性分析
• 5.3.3 倒“S”型DGS 高选择性超宽带滤波器设计
• 5.3.4 不同形式DGS 的高选择性超宽带滤波器设计
• 5.4 小结
• 第六章 SRR 磁谐振分析及多层滤波器设计
• 6.1 引言
• 6.2 SRR 的基本参数和相对入射波的摆向
• 6.3 SRR 磁谐振特性研究的进展
• 6.3.1 磁场耦合出的磁谐振
• 6.3.2 电场耦合出的磁谐振
• 6.3.3 磁谐振现象的确定
• 6.4 SRR 的磁谐振现象分析
• 6.4.1 理论分析
• 6.4.2 仿真分析
• 6.5 设计实例
• 6.5.1 SRR 谐振器尺寸的确定
• 6.5.2 基于SRR 和SSRR 的滤波器比较
• 6.5.3 不同馈电结构的滤波器比较
• 6.5.4 实物测试与仿真结果比较
• 6.6 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果