【導(dǎo)讀】以采納的意見、建議，均已在我的致謝辭中加以說明并深致謝意。本論文和資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。的關(guān)鍵部分之一,這些部件都離不開射頻濾波器。射頻前端的濾波器包括發(fā)送濾波。器和接受濾波器，與天線一起完成信號收發(fā)任務(wù)。紀(jì)70年代科學(xué)史上的三大發(fā)現(xiàn)之一，其基本特性是自相似性和標(biāo)度不變性。似性是指分形部分和其主體結(jié)構(gòu)有著相似的形狀；標(biāo)度不變性也稱為空間填充性，通過引入分形技術(shù)，達(dá)到提高濾波器性能，減小濾波器尺寸的目標(biāo)。S曲線特性的影響，用分形貼片諧振器設(shè)計小型化高性能的射頻濾波器。還有中國期刊網(wǎng)和優(yōu)秀碩士論文數(shù)據(jù)庫中相關(guān)文獻(xiàn)。指導(dǎo)方式：現(xiàn)場指導(dǎo)和電子郵件指導(dǎo)結(jié)合，每周指導(dǎo)2小時。它表明，該直角三角形諧振器可以在一個分形的協(xié)助下被小型化，化，降低雙頻帶通濾波器的設(shè)計難度。兩個擬議的分形帶通濾波器行不通的，他。們的表現(xiàn)是通過測量各不相同。該提出的濾波器證明直角三角形、正方形貼片諧

　　

【正文】 途徑。高溫超導(dǎo)濾 波器由于工作溫度低，需要深度制冷，因此外圍部件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 第三章 分形貼片三角形濾波器的理論基礎(chǔ) 21 第三章 分形貼片三角形濾波器的理論基礎(chǔ) 前言 工作步驟與指標(biāo) 熟悉和了解微波電路仿真與設(shè)計軟件 Hfss的基本功能與基本操作。 熟悉和了解傳輸線種類。 了解并選用微帶線，使用“ Hfss”軟件進(jìn)行微波帶通濾波器的設(shè)計及仿真，其帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足如下要求： 1)信號頻率 f0—— 10GHz 2)信號帶寬Δ f—— 約 1GHz損耗 2db 3)插入損耗 ?3db 4)帶外衰減 ?15db 5)輸入輸出端口為 50 6)材料選 r? = h＝ 濾波器指標(biāo)的確定 為了改善三角形貼片濾波器的 通 帶特性同時適應(yīng)小型化的要求，我們設(shè)計了一種采用單個分 形 結(jié)構(gòu)的三角形貼片濾波器，分 形 結(jié)構(gòu)可以有效減小濾波器的尺 寸提高簡并模之間的耦合；濾波器輸入端（ I/O）采用平行微帶線直接連接諧振器，不再存在細(xì)縫耦合的問題，也無插槽尺寸的影響，因此插入損耗降低，在通帶附近左右兩側(cè)各有一個衰減極點出現(xiàn)，克服了 S 參數(shù)不理想的弊端。 本文提出的模 型是等腰直角三角形 （附上正方形和等邊三角形） ， 而里面的尺寸主要影響耦合強(qiáng)度，所以在后續(xù)工作每當(dāng)耦合強(qiáng)度的不夠的時候主要通過調(diào)整里面分形三角形的尺寸來優(yōu)化；饋線距離主要影響的傳輸零點的位置，及 S12 曲線谷底的位置，同時對兩個模式的耦合強(qiáng)度也會有些影響，最后，外部三角形的的尺寸主要是影響工作頻率。 等腰直角三角形貼片諧振器諧振頻率可以表示為 [31][28] 22 分形貼片濾波器的 設(shè)計 22 22 nmnmL cfrr??? ? （ 31） 其中， L是三角形底邊長度， C 為在自由空間中光速， r? 是相對介電常數(shù)，整數(shù) m和 n決定的諧振模式當(dāng) m= 0和 n = 1時，得到的主要模式，其諧振頻率可以表示為 )2(201RLcf ?? （ 32） 所以當(dāng)選定所設(shè)計的濾波器的工作頻率時，其外部三角形的尺寸基本也隨著確定，我們設(shè)計的濾波器工作頻率為 4G，根據(jù)式（ 32）可以得到其底邊長 。我們的研究表明， 通過 Hfss仿真得到的模擬結(jié)果類似于從等式（ 32）計算結(jié)果，等式（ 32）是用于確定所述諧振模式，并幫助設(shè)計所需的濾波器。 表 等腰直角三角形貼片諧振器 TM模式 Mode sequence m,n Km,n .L? fr 1 0,1 2 0,1 2 .2 rcf L ?? 2 1,1 2 1,1 rcf L ?? 3 1,2 7 1, 2 7 .2 rcf L ?? ? 4 2,1 22 2,1 2. rcf L ?? 諧振器的 TM 模式屬性計算見表 。諧振器的諧振性能變化示于圖 ，它 第三章 分形貼片三角形濾波器的理論基礎(chǔ) 23 示出了隨著三角形底面 L 增加共振頻率下降情形。（所有的調(diào)查都是關(guān)于等腰直角三角形諧振器濾波器，并且所有的計算和設(shè)計都是在使用 、厚度 ） 圖 模擬等腰直角三角形諧振器前 4個諧振模式的諧振頻率 貼片諧振器 常見諧振器 常見的貼片諧振器有圓形貼片，三角貼片以及方形貼片等等，如圖 。貼片諧振器由于其可以承載較大的功率容量，而且與較窄的微帶線相比較而言，微帶貼片導(dǎo)體損耗更低，因此在設(shè)計微波濾波器的過程中常常會用到微帶貼片諧振器。雖然貼片諧振器有較大的 能量輻射損耗，但是若采用貼片諧振器設(shè)計濾波器，它們通常會有一個金屬外殼包圍，可以將輻射損耗降到最低。與圓環(huán)諧振器相同的是，貼片諧振器也具有較大的體積，但是與本身可獲得較大的功率相比，可以將它的諧振頻率提高，這樣體積也就不是問題了。同時貼片諧振器也有多種小型化的設(shè)計方法，比如在很多雙模濾波器的設(shè)計中，一般會在貼片諧振器上開分形槽，使得它的諧振頻率下降。對微帶貼片諧振器的諧振頻率如式 31所示： 24 分形貼片濾波器的 設(shè)計 (a) (b) (c) 圖 貼片諧振器 (a)圓形； (b)三角形； (c)方形； 0 2 nmnm rKcaf???? (31) 其中 ae為邊緣場的有效半徑， c為諧振器的周長。當(dāng) ha 時， ae≈a，其外 ae可以采用式 31近似計算： 21 [ l n ( ) 1 . 7 7 2 6 ]e haaa ah??? ? ? (32) 從式 32可以看出貼片諧振器的諧振基模模式為模，其諧振頻率與諧振器邊緣場的有效半徑有密切的關(guān)系，且在既定的諧振頻率下諧振器電磁場存在簡并模式，該模式也常常被用來設(shè)計雙模濾波器。 分形貼片三角形濾波器 三角形貼片諧振器 [2227]，特別是等邊三角形諧振器和等腰直角三角形（ IRT）諧振器，在微波電路與現(xiàn)有設(shè)計方法中具有重要應(yīng)用。然而， IRT 諧振器很少受到關(guān)注。該三角貼片濾波器良好的性能已經(jīng)都得到了證實 。 然而，與方形和圓形貼片濾波器 [25]相比相關(guān)文獻(xiàn)很少。在文獻(xiàn) [22,3]中，有通過使用等邊三角形諧振器開 發(fā)帶通和帶阻濾波器，也有采用 [23]多模等邊三角形的新的寬帶帶通濾波器諧振器已設(shè)出來計。有的開發(fā)新的等腰三角形諧振器 [36]，它是寬頻帶的帶通濾波器，還有的報道了利用等邊三角形諧振器 [27]可控制操作的新穎的帶通濾波器。然而，這些作品只能擁有一個單一的操作帶，不關(guān)心多波段。與傳輸線基本的濾波器相比，貼片濾波器具有更緊湊的尺寸，更低的損耗和更高的功率處理功能。 第三章 分形貼片三角形濾波器的理論基礎(chǔ) 25 各種貼片諧振濾波器模式設(shè)計的基本原則共是振的選擇性和用法。在過去，貼片濾波器的設(shè)計主要集中在雙模式（主模式和其簡并模式）高階模式不考慮。 如今，分形 技術(shù) [23,710]吸引了極大的關(guān)注，微波研究人員在設(shè)計新的微波電路，改善電路的性能。然而，他們的工作集中在天線，而不是濾波器。分形具有固有的特性，即自相似性和空間填充。典型的分形其形狀和尺寸始終由一定的數(shù)學(xué)方法決定，具有嚴(yán)格自相似的，并且可以被稱為良好的穩(wěn)壓或有規(guī)律的分形。這些未精心設(shè)計的分形結(jié)構(gòu)應(yīng)用在射頻電路，但是，不規(guī)則分形有粗糙的自相似性。在射頻電路設(shè)計，分形可以在建立貼片諧振器中使用微帶線和微帶缺陷。濾波器設(shè)計中分形具有小型化，高帶寬，多頻帶的優(yōu)點，提供場擾動，并為更高階模式引入多頻帶操作。它還 實現(xiàn)電路的小型化和寬頻帶。在本文中，介紹了分型貼片三角形濾波器雙工器的設(shè)計，該分形不僅縮小了電路規(guī)模，而且大大提高了濾波器性能。 傳統(tǒng)的三角形諧振器設(shè)計的濾波器均有不足之處，采用單個三角形貼片的濾波器僅通帶一側(cè)產(chǎn)生衰減極點，性能不夠理想；幾個三角形貼片相互耦合構(gòu)成的濾波器，題解較大，加工誤差較大。下面在回顧幾種典型的三角形濾波器的基礎(chǔ)上著重講分型結(jié)構(gòu)的單個貼片的三角型濾波器，克服了串通濾波器的弊端。如圖 介紹了幾種常見的分型結(jié)構(gòu)的貼片三角形濾波器。 圖 幾種常見的分型結(jié)構(gòu)的貼片三角形濾波器 26 分形貼片濾波器的 設(shè)計 第四章 分形貼片等腰三角形濾波器的設(shè)計與仿真 分形貼片濾波器的設(shè)計 濾波器的原理與結(jié)構(gòu) 顯然，由第三章中圖 f01曲線可知，結(jié)果驗證了前面公式 32的計算結(jié)果。 在之前微波理論學(xué)習(xí)與研究的基礎(chǔ)上，熟悉了 hfss軟件的使用，提出 ，在這些基礎(chǔ)上運用 hfss軟件設(shè)計了如圖所示的模型 1 2 . 0 28 . 4 94 5 176。1 . 21 5a120 . 1圖 形 結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形 此模型為等 腰直角三角形，底邊選擇長度為 17， solution frequency設(shè)置為 4G，精確度 2%，最大迭代 20， sweep type 設(shè)為 fast ， sweep frequency 設(shè)置為 1G8G，step size設(shè)為 ，進(jìn)行分析。圖形如圖 （ a）、（ b）所示。 第四章 分形貼片等腰三角形濾波器的設(shè)計與仿真 27 圖 （ a） .Solution Setup 圖 圖 （ b） Sweep 設(shè)置圖 28 分形貼片濾波器的 設(shè)計 圖 圖 地 圖 圖 圖 圖 Radition 第四章 分形貼片等腰三角形濾波器的設(shè)計與仿真 29 0 2 4 6 8504540353025201510505 S(1, 1) S(1, 2)Fr eq (GHz)LA(db) 圖 由圖 S11曲線可知其回波損耗約為 18db，滿足小于 15db 的要求，其工作頻率約為 （由于底邊設(shè)置為 17，不是前面所說的 ），由圖中的 S12曲線可知其傳輸零點在 30db 一下，具有不錯的濾波性能，插入損耗 ，也滿足了大于 3db 的要求，所以后續(xù)的優(yōu)化工作相對輕松了很多，只需微調(diào)相關(guān)的尺寸分析結(jié)果，觀察曲線是否有所提高即可。圖 圖 模型的電流分布圖 30 分形貼片濾波器的 設(shè)計 分形貼片濾波器的設(shè)計 類似于上述工作頻率為 工作頻率的濾波器，我們又設(shè)計了一個工作頻率在 范圍的濾波器， solution frequency 設(shè)為 ，最大迭代 20，精度2%， sweep frequency 1G8G， step frequency ，電路表面鋪上 copper，基板如上述論問題到，介電常數(shù)為 ，厚度 h=。電路圖形如 8 . 1 46 . 1 44 5 176。1 . 21 4 0 . 3a12 圖 工作頻率為 圖 微帶線覆銅 第四章 分形貼片等腰三角形濾波器的設(shè)計與仿真 31 圖 地平面覆銅 圖 添加波端口激勵源 圖 介質(zhì)基板顯示圖 32 分形貼片濾波器的 設(shè)計 圖 空氣盒邊界 Radiation 示意圖 其分析結(jié)果圖如圖 所示 0 2 4 6 8504540353025201510505S(1. 1) S(1. 2)Fr eq (GHz)LA(db) 圖 分析結(jié)果 由圖 中的 S11 曲線可知其工作頻率約為 ，回波損耗為 32db，小于 15db，滿足要求；由 S12 曲線可知，其傳輸零點約為 20db，插入損耗為 1db，大于 3db，滿足指標(biāo)，需要優(yōu)化的是傳輸零點，如果可以在不影響其它參數(shù)的前提下把傳輸零點拉至 30db 以下，那么濾波效果會有所改善。 第四章 分形貼片等腰三角形濾波器的設(shè)計與仿真 33 4 5 176。1 512b = 0 . 3 圖 要想改善傳輸零點，主要通過調(diào)節(jié)饋線的距離 b=（當(dāng)然，分形的大小對傳輸零點也有一定的影響，因為本論文是基于等腰直角三角形結(jié)構(gòu)，而此處分形結(jié)構(gòu)依然相對完好，所以優(yōu)化工作未做調(diào)整），我們把饋線距離從最初的 調(diào)整到 ，綜合考慮回波損耗與傳輸零點兩個指標(biāo)，覺得在饋線距離為 是效果最好。圖 附上電路模型的電磁分布圖 圖 小結(jié) 所有 之前的工作都是為了能夠設(shè)計出一個性能完好的濾波器，在上述兩個模型的基礎(chǔ)上，根 據(jù)相關(guān)理論，不斷的調(diào)節(jié)饋線距離，分形的大小形狀甚至是個數(shù)34 分形貼片濾波器的 設(shè)計 的多少都有可能對濾波器的指標(biāo)產(chǎn)生積極的影響。但是由于時間有限，射頻濾波器的；理論學(xué)習(xí)相對比較粗超膚淺，所以理論方面的薄弱導(dǎo)致后續(xù)優(yōu)化工作很難，相應(yīng)的設(shè)計仿真出來的濾波器效果雖然勉強(qiáng)達(dá)到效果，但是如果想做出實物甚至作出相應(yīng)的后續(xù)產(chǎn)品的話還需要進(jìn)一步的優(yōu)化微調(diào)。 4G 濾波器設(shè)計 濾波器原理與結(jié)構(gòu) 同樣的，類似于上述工作頻率為 和 工作頻率的濾波器，我們又設(shè)計了一個工作頻率為 4G的濾波器， solution frequency 設(shè) 為 4G，最大迭代 20，精度2%， sweep frequency 1G8G， step frequency ，電路表面鋪上 copper，介質(zhì)基板如上述論問題到，介電常數(shù)為 ，厚度 h=，損耗正切角為 ，電路圖形如 1 2 . 0 28 . 4 94 5 176。1 . 21 5a1