小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究

论文摘要

随着雷达技术和无线通信等无线电技术的飞速发展,微波射频电路与系统越来越受到广泛的重视。微波滤波器是其中的重要组成部分之一,其性能的优劣很大程度决定了系统的工作质量。各种功能的系统相继开发,使得微波频谱资源日趋紧张,频率间隔不断缩小,这就对滤波器提出了更高的要求。其中微带滤波器以其具有较高性能、尺寸小、设计周期短、易于集成、用光刻技术易于加工等优点得到广泛的应用。近年来,高性能基板材料的研发使微带滤波器可以应用在很大的频率范围,从而使微带滤波器成为最常用的滤波器类型。低通滤波器是滤波器的重要组成之一,其用在发射端前级或接收端的后级,用于滤除不需要的高频段信号。低通滤波器的带外抑制是一个重要指标,目前的低通滤波器带外有很多寄生通带,这使接收信号中除了需要的低频信号外,还有其他频段的干扰信号。由于目前每个频段已相继开发应用,要求接收的信号频率纯净,低通滤波器就必须有高的带外抑制度和宽的抑制频带范围。本文通过对国内外相关文献的总结整理和分析,归纳了微带滤波器的作用和宽阻带滤波器的发展历程和特点,分类总结出具有代表性的展宽阻带技术成果,再对微带滤波器理论进行了简单的阐述。之后对高低阻抗低通滤波器进行了详细的研究,设计了一个截止频率为2GHz的低通滤波器,用三维电磁场仿真软件ADS、HFSS进行了仿真验证,结果显示所设计满足了预期的性能指标,但是在通带附近的阻带出现了寄生通带。针对其寄生通带研究了缺地陷结构用于谐波抑制,设计了一个不对称哑铃型缺地陷结构,将其嵌入到高低阻抗低通滤波器中,抑制了寄生通带。仿真和测试结果显示在不改变通带特性的基础上,使3.2-18GHz频带范围的抑制度大于30dB,达到了展宽阻带的作用。最后在高低阻抗低通滤波器的基础上,改变其形状,嵌入简单低通滤波器抑制带外谐波,加入准分形结构改善带内特性,再用传输线T型等效减小滤波器面积,最后得到一个高性能小型化宽阻带低通滤波器。仿真和测试结果表明在0-2GHz范围内,最大插入损耗为0.3dB,带内波动为0.25dB,带内反射系数S11小于-13dB；通带到阻带的过渡陡峭,在2.8-18GHz范围内,抑制度达为33dB以上；面积从最初的61.8×12.4mm2改进到32.6×26.9 mm2,大大缩小了滤波器的最大尺寸。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 小型化宽阻带低通滤波器的发展历程及特点
• 1.3 本文的论文结构和主要工作介绍
• 第2章 滤波器理论基础
• 2.1 滤波器的分类
• 2.2 滤波器的基本技术参数
• 2.3 特定滤波器的实现
• 2.3.1 低通滤波器原型
• 2.3.2 滤波器频率变换
• 2.4 滤波器的微带实现
• 2.4.1 开短路短线等效法
• 2.4.2 高低阻抗线等效法
• 2.5 本章小结
• 第3章 高低阻抗低通滤波器的设计与分析
• 3.1 引言
• 3.2 高低阻抗低通滤波器的基本结构与分析
• 3.2.1 基本结构
• 3.2.2 参量分析
• 3.3 高低阻抗线低通滤波器设计
• 3.3.1 设计指标
• 3.3.2 参数确定
• 3.3.3 ADS验证仿真
• 3.3.4 HFSS仿真实现和基板尺寸的研讨
• 3.4 本章小结
• 第4章 缺地陷高低阻抗低通滤波器的设计
• 4.1 DGS技术综述
• 4.2 常见DGS模型简介
• 4.2.1 哑铃型DGS
• 4.2.2 螺旋型DGS
• 4.2.3 曲线分型DGS
• 4.2.4 U型和V型DGS
• 4.2.5 其他形状DGS
• 4.3 DGS等效电路
• 4.3.1 对称DGS等效电路
• 4.3.2 非对称DGS等效电路
• 4.4 新型DGS参数及性能分析
• 4.4.1 第一节尺寸对频率响应的影响
• 4.4.2 第二节尺寸对频率响应的影响
• 4.4.3 第三节尺寸对频率响应的影响
• 4.4.4 偏移d对频率响应的影响
• 4.5 DGS宽阻带高低阻抗低通滤波器的设计、测试和分析
• 4.5.1 滤波器的优化设计
• 4.5.2 DGS宽阻带低通滤波器的测试
• 4.5.3 利用DGS展宽滤波器阻带的探讨
• 4.6 本章小结
• 第5章 小型化宽阻带低通滤波器的设计
• 5.1 新型滤波器的初始设计
• 5.2 准分形结构滤波器设计
• 5.3 滤波器的优化设计
• 5.4 滤波器的加工与测试
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文