小体积多层结构微带滤波器的研究与设计

论文摘要

随着商用无线通信的迅猛发展,电子设备的小型化成为一个十分关键的问题,特别是对于小型化的射频电路如滤波器有着很大的需求。因此,研究高性能、小型化的微波滤波器是当前非常受关注的课题。本文对滤波器的小型化技术进行了总结,重点分析了多层结构(LTCC)小型化技术的特性,在此基础上采用电路仿真和全波场仿真相结合的方法设计了一种窄带多层孔耦合滤波器,达到了小型化的目的,主要工作包括:1.对微波滤波器的设计理论进行了系统的分析,阐述了微波滤波器的传输函数、低通原型、频率变换和倒置变换器等内容。2.介绍了开环谐振器、阶跃阻抗谐振器(SIR)和慢波谐振器的结构和特性,其中利用SIR和慢波谐振器可制作小型化、宽阻带滤波器。3.结合具体的微波滤波器设计指标,给出了不同类型的多层结构微带滤波器的设计实例,包括切比雪夫函数滤波器、椭圆函数滤波器等。重点研究了具有一对传输零点的椭圆函数在多层结构的实现,在HFSS场仿真中补偿了窄带孔耦合的影响,并给出了仿真和部分测试结果。测试结果表明,采用多层结构设计较好的满足了设计指标,达到了小型化的目标。通过比较发现采用多层结构比平面结构面积减小了50%,国内尚未发现有相关的报道。4.介绍了低温共烧陶瓷(LTCC)的基本概念和工艺流程,并仿真了几种不同类型的LTCC滤波器,取得了较好的仿真效果。该课题的研究成果对于滤波器的小型化、宽阻带等方面都有较大参考价值,所设计的滤波器结构紧凑,性能优良,但是另一方面,本课题是一个较新的尝试,仍有许多问题亟待解决。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 微波滤波器小型化的研究背景及其意义
• 1.2 微波滤波器小型化的主要方法
• 1.2.1 采用高介电常数材料
• 1.2.2 慢波结构
• 1.2.3 双模谐振结构
• 1.2.4 阶跃阻抗滤波器
• 1.2.5 多层结构
• 1.3 国内外多层结构研究和发展状态
• 1.4 本文的主要工作和创新
• 第二章 微波滤波器设计理论
• 2.1 传输函数
• 2.1.1 复平面上的极点和零点
• 2.1.2 切比雪夫（等波纹）响应
• 2.1.3 椭圆函数响应
• 2.2 低通原型滤波器
• 2.2.1 切比雪夫低通原型滤波器
• 2.2.2 椭圆函数低通原型滤波器
• 2.3 频率和元件变换
• 2.3.1 由低通原型到低通的频率变换
• 2.3.2 由低通原型到高通的频率变换
• 2.3.3 由低通原型到带通的频率变换
• 2.3.4 由低通原型到带阻的频率变换
• 2.4 倒置变换器
• 2.5 具有一对传输零点的准椭圆传输函数原形的综合
• 2.5.1 具有一对传输零点的准椭圆传输函数低通原形的综合
• 2.5.2 耦合矩阵的综合
• 第三章 谐振器与多层结构的特性分析
• 3.1 开环谐振器的特性研究
• 3.1.1 耦合系数的表达与提取
• 3.1.1.1 电耦合分析
• 3.1.1.2 磁耦合分析
• 3.1.1.3 混合耦合分析
• 3.1.2 有载品质因数的提取
• e 的定义'>3.1.2.1 有载品质因数 Q_e的定义
• 3.1.2.2 单加载谐振器分析法
• 3.2 慢波谐振器的特性研究
• 3.3 阶跃谐振器的特性研究
• 3.4 多层结构的特性研究
• 3.4.1 孔耦合的研究
• 第四章 多层结构微带滤波器的设计实例
• 4.1 四腔对称切比雪夫滤波器的设计
• 4.2 四腔准椭圆函数滤波器的设计
• 4.2.1 四腔准椭圆函数滤波器的平面仿真设计
• 4.2.2 四腔准椭圆函数滤波器的多层结构仿真设计
• 4.3 六腔慢波准椭圆函数滤波器的设计
• 4.4 六腔规范结构椭圆函数滤波器的设计
• 第五章 多层陶瓷微波滤波器的研究与设计
• 5.1 层叠片式 LTCC 滤波器的制备工艺简介
• 5.2 层叠片式 LTCC 滤波器的设计
• 5.2.1 层叠片式 LTCC 窄带滤波器的设计
• 5.2.2 层叠片式LTCC 宽带滤波器的设计
• 5.2.3 层叠片式LTCC 准椭圆函数滤波器的设计
• 第六章 结论与未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果