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无线通信微波双频带通滤波器研究

作　者: 官雪辉
导　师: 马哲旺
学　校: 上海大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 频率变换双频段滤波器导纳倒置变换器电纳斜率参量耦合系数
分类号: TN92
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 971次
引　用: 4次
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内容摘要

近年，随着无线通信需求的不断增加，双频便携式电话和无线局域网被广泛应用。双频段滤波器也成为这些通信系统前端的重要器件。本论文主要研究了无线通信系统中双频带通滤波器的设计理论与方法，并首次提出运用频率变换和电路变换法综合设计双频带通滤波器的理论。主要完成的工作和创新有以下四个部分：首先，提出了一种两级900MHz／1800MHz双频段滤波器。滤波器采用微带开环谐振器，利用谐振器的基频和第一杂散频率得到双通带特性。通过合理设计滤波器的级间耦合和外部耦合同时满足两个频段的指标；然后创新性地提出了一种新型紧凑型三级双频段滤波器，滤波器的阻带特性有很大的提高。两个方形开环谐振器被嵌入到一个U形谐振器中，减小了滤波器的体积。同时，微带开路枝节和不相邻谐振器之间的交叉耦合被同时用来在滤波器的阻带产生传输零点，从而在获得宽阻带的同时，阻带陡峭度和深度也很大。理论和测试结果吻合很好。其次，提出了一种适用于无线局域网系统中的微带慢波结构双频带通滤波器。研究了慢波谐振器的基频和第一杂散频率特性与加载开路枝节长度之间的关系。然后利用微带开环慢波谐振器设计了一个第二通带可以控制的双频段滤波器。零度耦合结构被用来在滤波器的通带边产生传输零点，提高阻带的吸收深度；同时用四分之一波长阻抗匹配线通过优化得到所需的外部品质因数。实验数据验证了理论分析和设计过程。再次，提出了频率变换法设计双频段带通滤波器的理论。通过对低通原型滤波器进行两次频率变换，得到双频带通滤波器。滤波器经过电路变换后，得到新型只含有倒置变换器和并联或串联谐振器的双频段滤波器电路。该电路可以很方便的利用常见的分布参数元件实现。采用该综合理论设计了一个中心频率为1.8／2.4GHz的双频带通滤波器，滤波器用微带传输线和开路枝节实现。仿真结果和测试结果吻合很好，验证了提出的设计理论。最后，提出了利用新型双频段谐振器综合设计带宽可控制的双频带通滤波器的理论。该谐振器由一个一段式和一个两段式微带开路枝节并联而成。滤波器的两个通带依次被三个传输零点分开。第一个和第三个传输零点分别由两段式开路枝节的四分之一波长谐振和四分之三波长谐振产生，通带之间的传输零点由一段式开路枝节的四分之一波长谐振产生。同时给出了利用这种谐振器实现的带宽可完全控制的双频段滤波器的设计公式。然后设计并加工了一个工作在2．4GHz频段和5．2GHz频段的双频段滤波器。所有理论分析和设计过程最后通过实验得到验证。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-12
第一章绪论  12-26
  1.1 课题来源  12
  1.2 课题研究的目的和意义  12-13
  1.3 国内外研究概况  13-24
    1.3.1 通信系统的发展概况  13-14
    1.3.2 双频段滤波器的国内外研究概况  14-24
  1.4 论文的主要研究内容  24-26
第二章微波滤波器设计基本理论  26-39
  2.1 引言  26-27
  2.2 低通滤波器原型分类  27-29
    2.2.1 最平坦低通原型滤波器  27
    2.2.2 切比雪夫低通原型滤波器  27-28
    2.2.3 椭圆函数低通原型滤波器  28-29
  2.3 频率变换  29-30
    2.3.1 由低通到高通的频率变换  29
    2.3.2 由低通到带通的频率变换  29
    2.3.3 由低通到带阻的频率变换  29-30
  2.4 耦合谐振带通滤波器理论  30-38
    2.4.1 梯形电路到耦合谐振电路的演变  30-35
    2.4.2 谐振器耦合滤波器电路综合  35-38
  2.5 小结  38-39
第三章均匀阻抗谐振器耦合双频段滤波器  39-55
  3.1 引言  39-40
  3.2 谐振器耦合双频段滤波器原理  40-41
  3.3 均匀阻抗谐振器  41-42
  3.4 耦合系数  42-43
  3.5 输入输出设计  43-46
    3.5.1 外部Q值的理论计算  43-44
    3.5.2 外部Q值的EM提取  44-45
    3.5.3 阻抗变换网络设计  45-46
  3.6 滤波器设计实例  46-53
    3.6.1 两级900/1800MHz微带开环双频段滤波器设计  46-49
    3.6.2 小型高性能900/1800MHz双频段滤波器  49-53
  3.7 小结  53-55
第四章变阻抗谐振器耦合双频段滤波器  55-74
  4.1 引言  55-56
  4.2 变阻抗谐振器  56-62
    4.2.1 阶梯阻抗谐振器(SIR)分析  56-59
    4.2.2 慢波结构谐振器分析  59-62
  4.3 输入输出匹配设计  62-64
  4.4 慢波结构双频段滤波器设计  64-73
    4.4.1 滤波器耦合设计  64-67
    4.4.2 滤波器匹配电路的优化设计  67-69
    4.4.3 0°馈电网络  69-73
  4.5 小结  73-74
第五章双频段滤波器设计的频率变换法  74-90
  5.1 引言  74-75
  5.2 频率变换和电路变换  75-80
    5.2.1 频率变换  75-77
    5.2.2 电路变换  77-80
  5.3 谐振回路设计  80-82
    5.3.1 串联谐振回路的开路微带线实现  80-81
    5.3.2 并联谐振回路的短路微带线实现  81-82
  5.4 滤波器设计实例  82-86
  5.5 理论推广  86-89
  5.6 小结  89-90
第六章可控带宽双频段滤波器设计  90-104
  6.1 引言  90-91
  6.2 双频段谐振器  91-95
    6.2.1 集中参数型双频段谐振器  91-92
    6.2.2 分布参数型双频段谐振器  92-95
  6.3 双频段滤波器综合  95-96
  6.4 双频段导纳倒置变换器的设计  96-97
  6.5 滤波器设计实例  97-103
  6.6 小结  103-104
第七章结论与展望  104-106
  7.1 结论  104-105
  7.2 展望  105-106
参考文献  106-116
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文  116-118
致谢  118

无线通信微波双频带通滤波器研究

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