【正文】 g，內(nèi)阻為 R1。 濾波作用是濾波網(wǎng)絡(luò)所具有的內(nèi)在特性，但濾波網(wǎng)絡(luò)所能起到的作用還受外界因素（電源內(nèi)阻 R1 和負(fù)載電阻 R2）的影響。 圖 的 網(wǎng)絡(luò) A是一個很簡單的濾波電路，它的濾波效能是比較低的，在許多場合下，往往不能滿足技術(shù)上的要求，而不得不采取更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)。如果 L 和 C都是無損元件（即它們的電阻等于零），那么，高頻功率就是這樣在電感與電源之間來回交換，絲毫不受損耗，這就是電抗濾波器阻止一些頻率通過的物理基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)會讓低頻信號順利通過，到達(dá) R2，但阻攔了高頻信號，使 R2 不受它們的作用，那些被網(wǎng)絡(luò) A（或其他濾波器）順利通過的頻率構(gòu)成一個“通帶”，而那些受網(wǎng)絡(luò) A阻攔的頻率構(gòu)成一個“止帶”，通帶和止帶相接頻率稱為截止頻率。但是，當(dāng)電流的頻率很高時，一方面感抗變得很大，另一方面容抗卻很小，電感 L上有一個很大的壓降，電容 C又幾乎把 R2短路，所以，縱然電源的電動勢 Eg 保持不變，負(fù)載 R2兩端的壓降 E2 也接近于零。二端口網(wǎng)絡(luò)的輸出端 2－ 239。它的輸入端 1139。 E gR 1C1 ’2E2LA2 39。在高頻 部分也出現(xiàn)了許多新型的濾波器，例如：螺旋振子濾波器、微帶濾波器等等。更何況，隨著集成電路的迅速發(fā)展，近幾年來，電子電路的構(gòu)成完全改變了，電子 設(shè)備日趨小型化。 它具有選擇頻率的特性，即可以讓某些頻率順利通過，而對其它頻率則加以阻攔，目前由于在雷達(dá)、微波、通訊等部門，多頻率工作越來越普遍，對分隔頻率的要求也相應(yīng)提高；所以需用大量的濾波器。 微帶線的缺點(diǎn)是損耗較大，功率容量小，不適合一些需要特別高的 Q 值的電路如窄帶濾波器，高 Q 穩(wěn)頻腔和大功率傳輸系統(tǒng)等的場合。 （ 2）采用光刻工藝，加工精度高，成本低，工藝重復(fù)性好，適合于大批量生產(chǎn)。對于三氧化二鋁基片，工藝過程要復(fù)雜得多。同時，當(dāng)特性阻抗太低時，微帶線的線寬太寬，則容易產(chǎn)生輻射和高次模，導(dǎo)體條帶的寬度應(yīng)滿足 ??rW 2m in? 基片厚度應(yīng)滿足 14m in ??rh ?? 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 11 在微波頻段在微波頻段（ GHzf 18? ），常用的微帶線基片厚度 h為 ～ 1mm（本次采用了介質(zhì)常數(shù)為 ，厚度為 基片），在毫米波段，一般選擇為～ 。在微帶線電路的設(shè)計中，一般不考慮金屬導(dǎo)帶的厚度，當(dāng)要考慮導(dǎo)帶厚度時，可等效于導(dǎo)帶加寬為，有如下的修正公式 )2,( Wtht ?? ： 10 分形貼片濾波器的 設(shè)計 ?????? ??????????????????)tπW4ln (1πh2ln1πh1thWhWthhWheeW ? ?? ?1 2 5 52 π1 2 5 52 πW ahW bh? ? ?? ? ? 當(dāng)給定微帶線特性阻抗 Z0和介質(zhì)相對介電常數(shù) r? ，求導(dǎo)帶寬度時，有如下的綜合公式： ? ? ??????????????????????rrrAABBBehW e??? )1l n (2112ln1π2282 2 (266a)2 (266b)WhWh?? 其中 )(112 160 0rrrrzA ???? ?????? （ 227） （ 2）特性阻抗的選擇原則 標(biāo)準(zhǔn)微帶線的特性阻抗的選擇原則除了要根據(jù)微波電路元件的設(shè)計要求來考慮之外，還要根 據(jù)微帶基片材料和工藝的要求來選擇。 微帶線特性阻抗的計算方法是，先計算空氣介質(zhì)微帶線的單位長電容 C01，單位長電感 L01和特性阻抗 Z01，然后求出實(shí)際微帶線的有效介電常數(shù)，這樣就可以得到微帶線的特性阻抗，波導(dǎo)波長等，即 RZZ ?010 ? （ 221） 當(dāng)不考慮高次模的影響時，可以采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計算微帶線的特性阻抗可有效介電常數(shù)。用保角變換和變分法只能計算出微帶線基模（準(zhǔn) TEM 模）的特性阻抗，不 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 9 能反映出高次模的影響。但在屏蔽微帶線中，屏蔽盒的寬、高離微帶線的條帶很近，直接影響微帶線的特性阻抗，屏蔽微帶線主要 用于毫米波頻段。 圖 標(biāo)準(zhǔn)微帶線 （ 2）懸浮微帶線 懸浮微帶線的結(jié)構(gòu)是在接地板和 微帶介質(zhì)基片之間有一層空氣，相對于標(biāo)準(zhǔn)微帶線，懸浮微帶線的損耗要小，適合于工作在毫米波頻段，在毫米波頻段，為了防止輻射損耗，常常要外加屏蔽盒，值得注意的是，與標(biāo)準(zhǔn)微帶線不同，懸浮微帶線的屏蔽盒尺寸直接影響其特性阻抗，懸浮微帶線的缺點(diǎn)是微波器件的安裝相對來說要麻煩些。標(biāo)準(zhǔn)微帶線構(gòu)成的微波電路一般都安裝在屏蔽盒內(nèi)，通過微帶 — 同軸轉(zhuǎn)換接頭與系統(tǒng)的其它電路相連接。 (1)標(biāo)準(zhǔn)微帶線 標(biāo)準(zhǔn)微帶線的結(jié)構(gòu)如圖 21，它是在介質(zhì)基片上沉積金屬導(dǎo)帶而成，底面為接地板，頂面為導(dǎo)帶，中間為介質(zhì)基片。 微帶傳輸線的構(gòu)成 一般來講，微帶線指的是標(biāo)準(zhǔn)微帶線，但隨微波電路設(shè)計和工作頻率的要求不同，還有微帶線的其它變種。 微帶線 微帶線是一種平面結(jié)構(gòu)的微波傳輸線，由微帶線構(gòu)成的微波電路具有系統(tǒng)集成度高、頻帶寬、體積小、重量輕、工藝重復(fù)性好，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是隨著微波單片集成電路的發(fā)展，越來越顯示出它在微波 電路設(shè)計中的優(yōu)越性。 在微波工程中使用著各種類型的傳輸線，例如平行雙導(dǎo)線、同軸線、矩形波導(dǎo) 、圓波導(dǎo)、介質(zhì)線、帶狀線、微帶線等等，這些傳輸線統(tǒng)稱為微波傳輸線。 圖 Siepinsky 分形 5 圖 Hilbert 分形 圖 couch 分形 除了以上介紹的幾種分形結(jié)構(gòu)，還有其他的分形結(jié)構(gòu)，如分型樹結(jié)構(gòu)、 Comcyl分型結(jié)構(gòu)，此處就不一一介紹。 分形 主要有四種， Couch 分形， Siepinsky 分形， Hilbert 等 。通過計算仿真和實(shí)際測量 , 驗(yàn)證了其通帶兩邊衰減抑制良好 , 通帶內(nèi)插入損耗小并能有效抑制高次諧波。本文提出了一種新型微帶貼片帶通濾波器結(jié)構(gòu)。 隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展 , 無線通信設(shè)備小型化成為一個十分重要的問題 , 對于射頻電路的小型化有著很大需求。卷入分形狂潮的出數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家外，還有化學(xué)家、生物學(xué)家、地貌學(xué)家等，在社會科學(xué)與人文科學(xué)方面，大 批哲學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家乃至畫家電影制作家都蜂涌而入。 圖形基于特征長度與比例，而分形無特征長度與比例。特別要指出的是，這里的相似性不僅包括嚴(yán)格的幾何相似性，而且也包括通過大量的統(tǒng)計而呈現(xiàn)出的自相似性。 圖形的層次是有限的，而分形從數(shù)學(xué)角度上講層次是無限的。直觀而粗略的地說，這些對象都是分形。 Mandelbrot 是想用此詞來描述自然界中傳統(tǒng) Euclid 幾何學(xué)所不能描述的一大類復(fù)雜無規(guī)則的集合現(xiàn)象，例 如，蜿蜒曲折的海岸線、起伏不定的山脈、粗糙不堪的斷面、變化無常的浮云。此外，它與英文中的 fraction（碎片、分?jǐn)?shù)）及 fragment（碎片）具有相同的詞根。一些學(xué)者相繼提出了濾波器的綜合方法，并將這些方法應(yīng)用于濾波器的工程設(shè)計，取得了良好的效果。 近年來，隨著軍事、科研、通信的發(fā)展，市場對微波濾波器在性能方面的需求不斷地提升。 Mahmoud E1 Sabbagh、 Ming． Yu等人在本世紀(jì)初用全波分析法在同軸腔結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了對稱傳輸零點(diǎn)的廣義切比雪夫?yàn)V波函數(shù)濾波器的設(shè)計 [18]。 的研究。但是在上世紀(jì) 80年代到 90年代初研究的對象，主要還是關(guān) 于傳輸零點(diǎn)的數(shù)目小于或者等于 N2(N為廣義切比雪夫?yàn)V波函數(shù)的階數(shù) )的廣義切比雪夫?yàn)V波器的綜合設(shè)計，甚至 N維耦合矩陣的綜合。能快速精確的對濾波器進(jìn)行模擬優(yōu)化。 德國 MiCIAN公司，在模式匹配法方面做出了卓越的貢獻(xiàn)，模式匹配法 [11][12]是設(shè)計濾波器至今最精確的方法。 七十年代，我國著名的微波專家甘本祓、吳萬春 [9]、李嗣澍 [10]等老一輩科學(xué)家也在國外研究設(shè)計的基礎(chǔ)上對濾波器的設(shè)計做出了進(jìn)一步的提高。并且給出了相應(yīng)的公式；隨著社會科學(xué)發(fā)展的需求， Rhodes[4]第一個提出了關(guān)于濾波器線性相位的概念。上世紀(jì) 60年代，G． L． Matthaei[3]在其專著中對微波濾波器的經(jīng)典設(shè)計方法作出了較全面、系統(tǒng)2 分形貼片濾波器的 設(shè)計 的介紹，但主要針對最平坦型和契比雪夫型，未涉及橢圓函數(shù)型和廣義契比雪夫型。在隨后的微波濾波器理論的研究和發(fā)展過程中，許多專家和學(xué)者作出了重大的貢獻(xiàn)。 圖 高溫超導(dǎo)濾波器在生活中的運(yùn)用 發(fā)展歷史及趨勢 在 1937年，由 W． P Mason和 R． A． Sykes發(fā)表的文章中首先研究了微波濾波器，他們是利用了 ABCD參數(shù)推導(dǎo)出了大量有用濾波器相位和衰減函數(shù)。這就促使微波設(shè)計師們不斷研究和發(fā)展微波濾波器的設(shè)計技術(shù)。同時，體積、成本、設(shè)計速度也是用戶極 為關(guān)心的話題?，F(xiàn)在，微波濾波器已被廣泛應(yīng)用于微波、毫米波通信、微波導(dǎo)航、制導(dǎo)、遙測遙控、衛(wèi)星通信以及軍事電子對抗等多種領(lǐng)域，并對微波濾波器的要求也越來越高。該提出的濾波器證明直角三角形 、正方形 貼片諧振器在一個簡單的結(jié)構(gòu)拓?fù)浜途o湊性應(yīng)用方面展現(xiàn)出的優(yōu)勢，這是在射頻電路設(shè)計必不可少的。 同時，諧振器的高階模共振強(qiáng)化，降低雙頻帶通濾波器的設(shè)計難度。在這篇論文中，分 別 對分形等腰直角三角形貼片 濾波器、分形等邊三角形濾波器、分形正方形濾波器 進(jìn)行了分析，新的單頻和雙頻射頻濾波器采用等腰直角三角形分形貼片諧振器模式提出。 三、主要儀器設(shè)備及材料 微帶板，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，烙鐵，焊錫， SMA接頭 四、教師的指導(dǎo)安排情況 （場地安排、指導(dǎo)方式等） 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。 RF Magazine。 要求掌握貼片濾波器的基本原理、 相關(guān)性能指標(biāo) 和設(shè)計方法， 詳細(xì)分析各尺寸參數(shù)對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 。 本課題研究并設(shè)計滿足 標(biāo)準(zhǔn)，并具有高頻率選擇性的平面貼片濾波器。 分形（ Fractal）被稱為 20 世紀(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。 論文作者： （簽字） 時間： 年 月 日 指導(dǎo)教師已閱： （簽字） 時間： 年 月 日 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 鄭曉 學(xué)號 04105126 指導(dǎo)教師 肖建康 職稱 副教授 學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 題目名稱 分形貼片濾波器設(shè)計 任務(wù)與要求 射頻前 端是全球移動通信系統(tǒng) (GSM)、全球定位系統(tǒng) (GPS)等現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一 ,這些部件都離不開射頻濾波器。畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 分形貼片濾波器設(shè)計 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中加以說明；有關(guān)教師、同學(xué)和其他人員對本文的寫作、修訂提出過并為我在論文中加以采納的意見、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(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。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)。自相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，是指在有限區(qū)域內(nèi)，分形部分隨著階數(shù)的增加而不增加所占區(qū)間， 這種特性使得分形能夠在很小的體積內(nèi)充分的利用空間 , 也是實(shí)現(xiàn)微波電路小型化設(shè)計的一個關(guān)鍵原因 。 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) 。 開始日期 20xx110 完成日期 20xx61 院長 （簽字） 年 月 日 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作計劃 學(xué)生姓名 鄭曉 學(xué)號 04105126 指導(dǎo)教師 肖建康 職稱 副