无线通信系统中的高性能小型化无源元件研究

论文摘要

本文针对无线通信系统中的高性能小型化无源元件进行了研究,提出了多种无源元件高性能、小型化设计方案,并基于这些方案设计了多种新型无源元件。本论文的研究成果在无线通信系统电路设计中具有重要的应用价值。本论文第一章首先对无线通信系统中的高性能小型化无源元件的研究现状进行了回顾。目前,高性能、小型化无源元件研究主要从新型封装技术、小型化谐振器技术、慢波加载技术三个方面考虑,这三个方面的研究工作仍然处于起步阶段,还有许多问题待解决。第二章介绍了和本文研究内容相关的无源元件的微波网络理论。介绍了与第三章滤波器相对应的二端口网络基本理论;与第四章耦合器相对应的四端口网络基本理论;与第五章滤波天线相对应的单端口网络基本理论。第三章运用传输线理论进一步分析了阶梯阻抗谐振器的谐振特性。利用该谐振器的小型化特点,设计出了小型化低通滤波器、带通滤波器。利用阶梯阻抗谐振器的通带可调特性,设计出了可应用于无线局域网通信系统的双通带滤波器,给出了设计的理论,该滤波器具有小型化、高性能、结构简单的优点。第四章运用奇偶模法分析了耦合器的工作原理。对无源元件的传统设计形式进行了介绍,指出了传统设计方法在小型化设计方面所存在的局限性。基于耦合器小型化的研究现状,提出了一种新型的渐变阶梯阻抗慢波加载结构,并且结合传输线理论、微波网络理论、等效电路理论对该新型加载结构进行了准确的建模分析。利用所提出的慢波加载结构设计出了高性能、小型化的环形鼠笼式耦合器、分支线耦合器、以及双模滤波器。当中心工作频率在1.44GHz时,本文所设计的鼠笼式环形耦合器的面积只有传统设计形式下的8%,在平面印刷电路工艺下是目前国际上小型化效果最好的。当中心工作频率在2.0GHz时,本文所设计的分支线耦合器的面积只有传统设计形式下的28%,还具有很好的二次谐波抑制特性。所设计的双模滤波器与目前国际上小型化程度最好的双模滤波器相比较,能够在相同尺寸的情况下做到更好的工作性能。第五章通过在天线的设计中利用微带谐振器,给出了二次以及三次谐波抑制滤波天线的设计原理。利用终端开路微带谐振器设计出了能够有效抑制二次谐波的滤波天线。将终端开路微带谐振器与阶梯阻抗谐振器相结合应用到微带天线设计中,设计出了能够同时抑制二次、三次谐波的滤波天线。第六章总结了本论文的主要工作,展望了无线通信系统中高性能、小型化无源元件未来的一些研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信系统中无源元件高性能、小型化的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容和主要工作
• 第二章 微波网络理论简介
• 2.1 双端口网络
• 2.1.1 双端口网络的网络参数
• 2.1.1.1 双端口网络的散射矩阵
• 2.1.1.2 双端口网络的导纳矩阵
• 2.1.1.3 双端口网络的阻抗矩阵
• 2.1.1.4 双端口网络的ABCD矩阵
• 2.1.2 双端口网络的连接形式
• 2.1.2.1 双端口网络的并联
• 2.1.2.2 双端口网络的串联
• 2.1.2.3 双端口网络的级联
• 2.2 四端口网络的一般特性
• 2.3 单端口网络
• 第三章 基于阶梯阻抗谐振器的微波滤波器研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 无线通信系统中微波滤波器的分类
• 3.1.2 微波滤波器的设计原理
• 3.1.3 微波滤波器的基本技术参数
• 3.2 阶梯阻抗谐振器的基本结构和特性
• 3.2.1 阶梯阻抗谐振器的基本结构和谐振条件
• 3.2.2 阶梯阻抗谐振器的电学长度
• 3.3 微带滤波器的高性能、小型化研究
• 3.3.1 微带低通滤波器的研究
• 3.3.2 微带带通滤波器的研究
• 3.3.3 微带双通带带通滤波器的研究
• 3.4 小型化、高性能微带滤波器研究总结
• 第四章 基于渐变阶梯阻抗慢波加载结构的耦合器/滤波器研究
• 4.1 引言
• 4.2 奇偶模分析法分析180°环形耦合器
• 4.3 小型化、高性能耦合器/滤波器的研究
• 4.3.1 渐变阶梯阻抗慢波加载的小型化研究
• 4.3.2 鼠笼式（rat-race）环行耦合器的小型化研究
• 4.3.3 分支线（branch-line）耦合器的小型化研究
• 4.3.4 环形双模滤波器的小型化研究
• 4.4 小型化、高性能耦合器/滤波器研究总结
• 第五章 滤波天线研究
• 5.1 引言
• 5.2 滤波天线设计
• 5.2.1 传输线、阶梯阻抗谐振器谐振条件
• 5.2.2 二次谐波抑制滤波天线设计
• 5.2.3 二次、三次谐波抑制滤波天线设计
• 5.3 滤波天线设计总结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本文所做的创新性工作及贡献
• 6.2 下一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A、微波二端口网络中参数间的转换关系
• 附录 B、微波二端口网络中常用的ABCD矩阵
• 攻博期间取得的研究成果