【正文】 ................................................4第二章 微波濾波器的基本理論 .............................................................4 概述 ............................................................................4 微波濾波器的基本理論 ............................................................5 耦合諧振帶通濾波器的理論 ........................................................6 微波濾波器的基本設(shè)計參數(shù) ........................................................6第三章 階梯阻抗諧振器(SIR) ..............................................................8 SIR 的基本結(jié)構(gòu) ..................................................................8 型 SIR 的基本結(jié)構(gòu)和特性 .....................................................92/g? 型 SIR 的電長度 ............................................................11/ 型 SIR 實現(xiàn)雙頻的原理 ......................................................122/g第四章 基于 SIR 的雙頻帶通濾波器的設(shè)計與仿真 ............................................13 引言 ...........................................................................13 SIR 雙頻帶通濾波器的設(shè)計與仿真 .................................................14 變形后的 SIR 雙頻帶通濾波器的設(shè)計與仿真 .........................................16 兩種設(shè)計的比較與總結(jié) ...........................................................17第五章 總結(jié)和展望 ......................................................................17 總結(jié) ...........................................................................17 展望 ...........................................................................18致 謝 ..................................................................................19參考文獻(xiàn) ...............................................................................20山西大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）4第一章 緒論 雙頻帶通濾波器的研究背景濾波器在每個領(lǐng)域的應(yīng)用都有不同的要求，高選擇性、寬帶波導(dǎo)濾波器，同軸諧振器和懸置多工器，以及電子可調(diào)濾波器滿足了軍事應(yīng)用對器件的寬帶、可調(diào)性要求，衛(wèi)星通訊工業(yè)要求濾波器規(guī)模小、低損耗、帶寬窄，且在幅度選擇性和相位線性度上有非常嚴(yán)格的要求，多模波導(dǎo)介質(zhì)諧振器濾波器就是在這樣的需求下發(fā)展起來的；移動通訊基站設(shè)備需要小型化、低損耗、高功率傳輸?shù)挠羞x擇性濾波器，而且成本低，達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)的要求，同軸諧振器，介質(zhì)諧振器，超導(dǎo)濾波器以及諸如降低損耗的方法就是伴隨著這一需要而產(chǎn)生的；與移動通訊基站相比，移動通訊手持設(shè)備需要尺寸更小、成本更低、損耗低、高選擇性和能夠大規(guī)模生產(chǎn)的濾波器，從而驅(qū)動了表面聲波濾波器和微機(jī)電系統(tǒng)濾波器的發(fā)展。新近涌現(xiàn)的新技術(shù)和新材料推動了射頻濾波器的快速發(fā)展，這些新技術(shù)和新材料包括：高溫超導(dǎo)技術(shù)、低溫共燒技術(shù)、微波單片集成電路、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)和顯微機(jī)械技術(shù) [1][2]。同時單頻段通信系統(tǒng)已顯得陳舊，不能很好地滿足無線通信的需求。為了充分利用現(xiàn)有的頻譜和基礎(chǔ)設(shè)備資源，在通信系統(tǒng)中設(shè)置能同時工作的多個通信頻段，有效途徑之一就是研究和開發(fā)高性能的雙頻段微波濾波器?，F(xiàn)代通信的快速發(fā)展需要有效利用越來越多的頻率信道，為了減小通信電路設(shè)備體積和重量，雙頻段器件的研究越來越引起重視。雙頻段微波濾波器，可以同時工作在無線通信兩個不同頻段。這種設(shè)計概念提供了容易實現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施和高性能的產(chǎn)品。因此通信設(shè)備中雙頻段濾波器已經(jīng)成為微波頻段的無線通信設(shè)備中的重要元件 [3]。特別是從近幾年開始，采用了微波雙頻段濾波器的雙頻通信系統(tǒng)前端已經(jīng)研制成功，微波雙頻濾波器件已逐步進(jìn)入實用化階段。無線通信中雙頻段濾波器的常用設(shè)計方法主要有：1．濾波器組合。此方法通常適用于兩個通帶頻率相差較小的場合；3．利用耦合諧振濾波器的寄生通帶。階梯阻抗雙頻段濾波器即利用耦合諧振濾波器的寄生通帶來實現(xiàn)雙頻濾波器，其在雙頻段濾波器設(shè)計中的應(yīng)用一直就受到重視 [7][8]。第二章 微波濾波器的基本理論 概述微波濾波器是微波工程應(yīng)用中重要的器件之一，理想的微波濾波器應(yīng)該是這樣的一種二端口網(wǎng)絡(luò),在通帶范圍內(nèi)能夠使微波信號完全的傳輸，而在阻帶范圍微波信號則完全被截止。在低頻時，濾波器的“組成元件”是理想的電感器和電容器，這些元件具有很簡單的頻率特性。在微波頻段下，必需采用分布參數(shù)來設(shè)計微波濾波器，它比低頻時要復(fù)雜的多。 濾波器的特性用其頻率響應(yīng)來描述，我們按其特性的不同，可分為低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BEF)和全通濾波器(APF)。圖中縱坐標(biāo)表示衰減，橫坐標(biāo)為角頻率。=0～ω 1180。ω 1180。以ω 1180。然而實現(xiàn)這種理想頻率響應(yīng)濾波器需要無數(shù)多個元件，這在實際中是不可能辦到的。在具體的實現(xiàn)過程中是采用特性函數(shù)來逼近它，所選函數(shù)的不同，會有不同的頻率響應(yīng) [1]。圖 (a)所示的響應(yīng)通帶內(nèi)頂部最平坦，故稱為“最平山西大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）7坦響應(yīng)” ，通常也叫做“巴特沃思(Butterworth)響應(yīng)” ，圖 (b)所示的響應(yīng)通帶和衰減均有規(guī)律性的起伏，且幅度相等，稱為“等波紋響應(yīng)” ，也常叫做“切比雪夫(Chebyshev)響應(yīng)” [1]。是通帶邊緣上衰減為 LAr 時對應(yīng)的頻率值，稱之為“帶邊頻率”或“截止頻率” ，即認(rèn)為 0～ω 1180。 以上為阻帶，L As 是阻帶內(nèi)指定頻率點(diǎn)ω1180。L Ar、 LAs 都是在設(shè)計濾波器前要預(yù)先給定的設(shè)計指標(biāo)參數(shù) [1]。諧振器間的耦合特性可使用高頻電磁場仿真軟件(HFSS)得到，通過采用弱耦合到兩個相互耦合的諧振器，在諧振器諧振點(diǎn)附件將出現(xiàn)兩個諧振峰，這兩個諧振頻率峰是由諧振器的原始諧振峰分離而成的。因此諧振器間的耦合會使諧振器特性中出現(xiàn)四個諧振峰，峰值點(diǎn)分別為f1f 1f 2f 22，其中f 11和f 12在諧振器的基頻附近，它們是由諧振器的基頻f 1分離得到；f 21和f 22在諧振器的第一雜散頻率附近，它們是由諧振器的第一雜散頻率f 2分離得到 [11]。利用仿真軟件求出相鄰諧振器對應(yīng)的耦合系數(shù)，然后采用曲線擬合的方式求出耦合間距的大小，通過HFSS仿真軟件，提取得到諧振器間的耦合系數(shù)。 微波濾波器的基本設(shè)計參數(shù) (1)中心頻率、截止頻率、歸一化頻率：對于低通濾波電路和高通濾波電路，ω c 表示截止頻率；對于帶通濾波電路和帶阻電路，ω c 表示中心頻率，歸一化的頻率 Ω是一個量綱的量， (25)c??? 對于低通濾波電路和高通濾波電路，歸一化截止頻率為1；對于帶通或者帶阻濾波電路，歸一化中山西大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）8心頻率為1。 (2)插入損耗：在理想情況下，處于射頻電路中的理想濾波器，在其工作的通帶內(nèi)不會引入任何的損耗。插入損耗定量地描述了功率響應(yīng)幅度與0dB基準(zhǔn)的差值，其數(shù)學(xué)表達(dá)為： （26）??21010logloginLinPI ??? 其中，P in是濾波器從信號源得到的輸入功率， PL是濾波器向負(fù)載輸出的功率， 是從信號源向in?濾波器看進(jìn)去的反射系數(shù)。 (4)頻帶帶寬：對于帶通濾波器，定義為濾波電路的通帶內(nèi)達(dá)到10dB衰減對應(yīng)的高端截止頻率和低端截止頻率的差值。理想濾波器的矩形系數(shù) ，在實際應(yīng)用中，這種濾波器是不可能實現(xiàn)的，因而要?S求矩形系數(shù)越接近于 1 越好。但在實際的應(yīng)用中，我們只能得到與濾波器元件數(shù)目相關(guān)的有限的衰減量。 (7)品質(zhì)因數(shù)：定義為在諧振頻率下，平均儲能和一個周期內(nèi)的平均消耗能量之比。功山西大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）9率損耗通常被定義為是外接負(fù)載上的和濾波器本身的功率損耗之和，有載品質(zhì)因數(shù)Q LD即以此來定義，表示為： (211)EFLDQ1??式中，Q F濾波器的固有品質(zhì)因數(shù)， QE為濾波器的外界品質(zhì)因數(shù)。SIR 常用的有三種基本結(jié)構(gòu)，它們分別對應(yīng)的是 λg/4型、 λg/2型和 λg型SIR。其基本結(jié)構(gòu)如圖所示。開路面 173。173。173。173。173。表征SIR的電學(xué)參數(shù)的是兩段傳輸線阻抗Z 2 和Z l 的比值，定義如下：阻抗比 。這是由于 λg/2型SIR是由帶狀線和微帶線結(jié)構(gòu)組成，允許有更廣的集合結(jié)構(gòu)形式，且和有源器件有很好的兼容性。結(jié)構(gòu)(a) 、(b)、(c)雖然在幾何形狀上分別為線狀、U型(發(fā)夾)和環(huán)狀，但從電拓?fù)溆^點(diǎn)看，它們是等效的。圖(e)是圖 (d）的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步微型化，間距因素被明顯地擴(kuò)大了。以λ g/2型SIR諧振器為研究對象，由開路端看進(jìn)去的輸入導(dǎo)納Y in，根據(jù)文獻(xiàn)[11] ，可以表示為： (