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紧凑型微波高通滤波器的研究

作　者: 卢德森
导　师: 王清源
学　校: 电子科技大学
专　业: 无线电物理
关键词: 高通滤波器短路枝节微带线带状线极点提取
分类号: TN713.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

微波高通滤波器是容许高于截止频率ωc的信号通过,而阻止或减少低于截止频率ωc的信号通过的微波器件。高通滤波器一般由半集总元件和分布式元件周期性加载而成,但是由于微波中这些周期性结构具有周期性频率响应,在实际应用中不存在理想的高通响应,所以我们也采用宽带的带通滤波器来代替高通滤波器,称为赝高通滤波器。本文的主要工作是研究实现高通滤波器的几种方法和理论,并建造模型仿真、加工和调试。1,讨论高通滤波器的基本设计方法。从阻抗和频率都归一化的低通原型出发,然后通过阻抗和频率去归一化,将原型变换到所求的频率和和与终端阻抗值相对应的阻抗值上去,从而得到集总的高通原型。然后再通过理查德变换,变换到由传输线段组成的分布元件上去。2,介绍最佳分布式高通模型,它是由一系列的短路枝节级联而成的,因为连接短路枝节的连接线是非冗余的结构,所以称为最佳分布式模型。本文应用最佳分布模型,分别采用带状线和微带线来构造高通滤波器,得到120%的相对带宽,在2.4GHz处达到50dB的带外抑制。实物模型的测量结果与仿真结果很好的一致。文中讨论了带宽与枝节阻抗的关系,带内反射与枝节阻抗的关系,提出改善带内反射的一些措施。3,介绍直接耦合腔理论,并介绍采用直接耦合腔宽带带通滤波器来实现赝高通滤波器的方法。为了提高滤波器的选择性,加入抑制谐振器来提取零点(这种方式产生的零点位置是任意的,与抑制谐振器的谐振频率有关),并详细介绍了这种结构的耦合系数提取的方法。采用梳状加两个抑制谐振器的结构来实现赝高通滤波器,得到40%的相对带宽,在距通带低端边缘400MH以外达到30dB的抑制。加工的样品测试结果和仿真结果基本一致。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章引言  10-16
  1.1 微波高通滤波器研究的背景和意义  10
  1.2 微波高通滤波器研究的历史和现状  10-14
  1.3 本论文中的主要工作及创新  14-16
第二章微波高通滤波器设计的基本理论  16-27
  2.1 传输函数  16-19
    2.1.1 一般定义  16-17
    2.1.2 复平面上的零点和极点  17
    2.1.3 巴特沃兹响应(最平坦响应)  17-18
    2.1.4 切比雪夫响应(等波纹响应)  18-19
  2.2 低通滤波器原型  19-21
    2.2.1 巴特沃兹低通滤波器原型  19-20
    2.2.2 切比雪夫低通滤波器原型  20-21
  2.3 频率和元件值变化  21-23
    2.3.1 低通变换  21-22
    2.3.2 高通变换  22
    2.3.3 带通变换  22-23
  2.4 TEM离散网络  23-24
  2.5 耗散和无载Q值  24-27
    2.5.1 损耗元件的无载Q值  25
    2.5.2 损耗对高通和低通滤波器的影响  25-27
第三章带状线高通滤波器设计  27-41
  3.1 带状线特性分析  27-30
    3.1.1 带状线的基本结构  27
    3.1.2 带状线中传播的波  27-28
    3.1.3 特性阻抗  28-29
    3.1.4 根据特性阻抗求W  29
    3.1.5 波导波长,传播常数,相速  29
    3.1.6 带状线的损耗  29-30
  3.2 高通滤波器的微波实现  30-35
    3.2.1 最佳分布式高通滤波器原型  30-32
    3.2.2 枝节阻抗和带宽的关系  32-34
    3.2.3 与传统的四分之一波长短路枝节滤波器的比较  34-35
  3.3 高通滤波器的仿真  35-38
    3.3.1 滤波器的指标要求  35
    3.3.2 带状线结构  35-36
    3.3.3 短路枝节长度的确定  36
    3.3.4 短路阻抗的确定  36-38
  3.4 高通滤波器的加工、调试和测量结果  38-41
    3.4.1 滤波器的实物图  38-39
    3.4.2 滤波器的调试  39-40
    3.4.3 滤波器的测试结果  40-41
第四章微带线高通滤波器设计  41-50
  4.1 微带线的特性分析  41-44
    4.1.1 微带线的结构  41
    4.1.2 微带线中传播的波  41
    4.1.3 有效介电常数和特征阻抗  41-43
    4.1.4 微带线的损耗  43
    4.1.5 微带线工作频率的限制  43-44
  4.2 滤波器的仿真  44-47
    4.2.1 高通滤波器的指标要求  44
    4.2.2 微带线结构  44
    4.2.3 短路枝节的长度  44-45
    4.2.4 短路枝节的阻抗  45-47
  4.3 滤波器的加工,调试和测量结果  47-48
    4.3.1 微带线加工和实物图  47-48
    4.3.2 滤波器的调试  48
    4.3.3 滤波器的测试结果  48
  4.4 微带线高通滤波器和带状线高通滤波器的比较  48-50
第五章带抑制谐振器的波导高通滤波器的设计  50-68
  5.1 直接耦合腔滤波器的介绍  50-53
    5.1.1 耦合谐振腔结构  50-52
    5.1.2 耦合系数和外界Q_e值  52
    5.1.3 利用仿真软件提取耦合系数和外部Q_e值  52-53
  5.2 极点的提取技术  53-61
    5.2.1 广义切比雪夫多项式的综合  53-56
    5.2.2 抑制谐振器参数提取  56-60
    5.2.3 参数提取的例子  60-61
  5.3 带抑制谐振器的高通滤波器设计  61-66
    5.3.1 滤波器的指标要求  61-62
    5.3.2 零点的位置及其阶数  62
    5.3.3 耦合系数的综合  62-63
    5.3.4 耦合系数的优化  63-65
    5.3.5 滤波器的仿真  65-66
  5.4 滤波器的加工,调试和测量曲线  66-68
    5.4.1 实物图和调试  66-67
    5.4.2 滤波器的测量  67-68
第六章结束语  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻硕期间取得的研究成果  73

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