無線通信中的平面濾波電路與器件關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，無線通信的信道資源非常緊張，在一個(gè)信道當(dāng)中時(shí)常會(huì)同時(shí)傳輸多路信號(hào)。為了避免信號(hào)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(jié)構(gòu)和緊湊的尺寸，與此同時(shí)，多頻段多制式的無線通信也對(duì)濾波器提出了性能方面的更多要求。本論文以設(shè)計(jì)高性能、小型化的平面帶通濾波器為目的，結(jié)合枝節(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合左右手（CRLH）結(jié)構(gòu)對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究和探討。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴設(shè)計(jì)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(duì)稱面上加載了枝節(jié)的諧振器被分別置于饋線上下兩側(cè)，形成了橫向結(jié)構(gòu)，便于單獨(dú)調(diào)整。改變諧振器和枝節(jié)的尺寸參數(shù)均可實(shí)現(xiàn)對(duì)頻帶的調(diào)節(jié)，提高了設(shè)計(jì)自由度。引入了源負(fù)載耦合增強(qiáng)了頻率選擇性，引入了交指電容實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部耦合的調(diào)節(jié)，采用了奇偶模理論對(duì)濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分解，簡化了分析流程。⑵對(duì)加載雙枝節(jié)的階躍阻抗諧振器(SIR)進(jìn)行了研究，建立了它在兩個(gè)頻帶內(nèi)的等效電路模型，分析了不同阻抗比例對(duì)諧振

3、頻率分布的影響，結(jié)合全波仿真闡述了在兩個(gè)頻帶內(nèi)單獨(dú)調(diào)整外部品質(zhì)因數(shù)和耦合系數(shù)的方法。設(shè)計(jì)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(luò)，不明顯增加電路面積的前提下實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。⑶在中心頻率為1.65GHz的帶通濾波器設(shè)計(jì)中采用半波長旁路枝節(jié)（bypass stub），引入了源負(fù)載耦合。通過調(diào)節(jié)枝節(jié)的尺寸在通帶兩側(cè)產(chǎn)生了一對(duì)傳輸零點(diǎn)。引入了缺陷地結(jié)構(gòu)（DGS）產(chǎn)生了第三個(gè)傳輸零點(diǎn),在保證了電路結(jié)

4、構(gòu)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(shí)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(dǎo)結(jié)構(gòu)中加載互補(bǔ)開口環(huán)諧振器（CSRR）構(gòu)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(chǎn)生的，有效減小了電路的尺寸。在CSRR的兩側(cè)蝕刻了DGS結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了兩個(gè)通帶之間的隔離度。濾波器實(shí)物尺寸僅為0.59λg×0.51λg，兩個(gè)通帶

5、的3dB相對(duì)帶寬分別為17.4％和54.9%，具有明顯的CRLH結(jié)構(gòu)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(fù)單元（DNGC）設(shè)計(jì)了一款中心頻率為1GHz的“準(zhǔn)平面”窄帶帶通濾波器，DNGC當(dāng)中包含的螺旋諧振器具有混旋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)非常適合小型化加工而且對(duì)品質(zhì)因數(shù)幾乎沒有任何影響。對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)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(guān)參數(shù)的提取。通過加載短路枝節(jié)進(jìn)一步改善了濾波器的

6、帶外抑制度。濾波器實(shí)物窄帶特性較好，3dB相對(duì)帶寬僅為2.2%，長度尺寸僅為0.17λg，與工作于同頻率的CSRR結(jié)構(gòu)濾波器相比尺寸縮減了60%。⑹基于缺陷微帶結(jié)構(gòu)諧振器（DMSR）設(shè)計(jì)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(shí)物尺寸相當(dāng)緊湊，大小僅為0.51λg×0.12λg，3dB相對(duì)帶寬達(dá)到了129%。進(jìn)一步改良之后，選擇性得到了極大改善，3dB