無線通信中的平面濾波電路與器件關鍵技術研究.pdf

1、目前，無線通信的信道資源非常緊張，在一個信道當中時常會同時傳輸多路信號。為了避免信號之間互相干擾，濾波器的作用尤其重要。從易于集成的角度來考慮，希望濾波器具有平面化的結構和緊湊的尺寸，與此同時，多頻段多制式的無線通信也對濾波器提出了性能方面的更多要求。本論文以設計高性能、小型化的平面帶通濾波器為目的，結合枝節(jié)結構、復合左右手（CRLH）結構對濾波器的設計方法進行了研究和探討。
　　本研究主要內容包括：⑴設計了一款工作于2.4GHz

2、、3.5GHz、5.15 GHz的三頻帶帶通濾波器，兩組對稱面上加載了枝節(jié)的諧振器被分別置于饋線上下兩側，形成了橫向結構，便于單獨調整。改變諧振器和枝節(jié)的尺寸參數(shù)均可實現(xiàn)對頻帶的調節(jié)，提高了設計自由度。引入了源負載耦合增強了頻率選擇性，引入了交指電容實現(xiàn)了內部耦合的調節(jié)，采用了奇偶模理論對濾波器結構進行了分解，簡化了分析流程。⑵對加載雙枝節(jié)的階躍阻抗諧振器(SIR)進行了研究，建立了它在兩個頻帶內的等效電路模型，分析了不同阻抗比例對諧振

3、頻率分布的影響，結合全波仿真闡述了在兩個頻帶內單獨調整外部品質因數(shù)和耦合系數(shù)的方法。設計了一款工作于2.45GHz和5.35GHz的雙頻帶帶通濾波器，在不增加任何附加網(wǎng)絡，不明顯增加電路面積的前提下實現(xiàn)了參數(shù)的準確調節(jié)。⑶在中心頻率為1.65GHz的帶通濾波器設計中采用半波長旁路枝節(jié)（bypass stub），引入了源負載耦合。通過調節(jié)枝節(jié)的尺寸在通帶兩側產生了一對傳輸零點。引入了缺陷地結構（DGS）產生了第三個傳輸零點,在保證了電路結

4、構緊湊的前提下，極大改善了濾波器的帶外抑制度和頻率選擇性。濾波器實物尺寸僅為0.29λg×0.26λg，在3GHz到4GHz范圍的阻帶抑制度優(yōu)于50dB。⑷通過在基片集成波導結構中加載互補開口環(huán)諧振器（CSRR）構成了雙頻帶帶通濾波器，其中低頻通帶位于SIW的截止頻率以下，是基于SIW的消逝模產生的，有效減小了電路的尺寸。在CSRR的兩側蝕刻了DGS結構，增強了兩個通帶之間的隔離度。濾波器實物尺寸僅為0.59λg×0.51λg，兩個通帶

5、的3dB相對帶寬分別為17.4％和54.9%，具有明顯的CRLH結構左右手通帶的特征，插入損耗分別為0.9dB和1.2dB，綜合性能表現(xiàn)優(yōu)秀。⑸利用雙負單元（DNGC）設計了一款中心頻率為1GHz的“準平面”窄帶帶通濾波器，DNGC當中包含的螺旋諧振器具有混旋結構，該結構非常適合小型化加工而且對品質因數(shù)幾乎沒有任何影響。對電路結構進行了詳細分析，建立了分布參數(shù)模型和集總參數(shù)模型并完成了相關參數(shù)的提取。通過加載短路枝節(jié)進一步改善了濾波器的

6、帶外抑制度。濾波器實物窄帶特性較好，3dB相對帶寬僅為2.2%，長度尺寸僅為0.17λg，與工作于同頻率的CSRR結構濾波器相比尺寸縮減了60%。⑹基于缺陷微帶結構諧振器（DMSR）設計了小型化超寬帶（UWB）帶通濾波器，通過加載交指并聯(lián)耦合線（IPCL）和 CSRR改善了濾波器的選頻性能和帶外抑制性能。濾波器實物尺寸相當緊湊，大小僅為0.51λg×0.12λg，3dB相對帶寬達到了129%。進一步改良之后，選擇性得到了極大改善，3dB