【正文】 ............................................................................ 28 結(jié)果與指標(biāo)分析 ...................................................................................... 29 ........................................................................... 30 ii 目 錄 濾波器器原理與結(jié)構(gòu) .............................................................................. 30 仿真過程 .................................................................................................. 30 結(jié)果與指標(biāo)分析 ...................................................................................... 32 小結(jié) .......................................................................................................... 33 4G濾波器設(shè)計 .................................................................................................. 34 濾波器原理與結(jié)構(gòu) .................................................................................. 34 仿真過程 .................................................................................................. 35 結(jié)果和指標(biāo)分析 ...................................................................................... 36 第五章 分形貼片正方形濾波器的設(shè)計與仿真 ........................................................... 37 濾波器的原理與結(jié)構(gòu) ........................................................................................ 37 仿真過程 ............................................................................................................ 38 結(jié)果與指標(biāo)分析 ................................................................................................ 39 第六章 分形貼片等邊三角形濾波器仿真與設(shè)計 ....................................................... 41 電路原理與結(jié)構(gòu) ................................................................................................ 41 仿真過程 ............................................................................................................ 41 結(jié)果與指標(biāo)分析 ................................................................................................ 42 第七章 總結(jié)與展望 ....................................................................................................... 45 致 謝 ................................................................................................................................ 47 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 49 第一章 緒 論 1 第一章 緒 論 研究背景 隨著無線通信的迅猛發(fā)展 [1]，頻率資源的日益緊張，作為分離有用和無用信號的微波濾波器成為通信系統(tǒng)中的重要部件，其性能的優(yōu)劣直接影響整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量。高阻帶抑制、低通帶插損、寬頻帶、高功率、寄生通帶遠(yuǎn)和帶內(nèi)平坦群時延等成為用 戶的主要技術(shù)指標(biāo)要求。因為大部分通信系統(tǒng)收發(fā)鏈路共用一根天線，對雙工器乃至多工器的研究需求也越來越迫切。圖 為一種濾波器在生產(chǎn)生活中的運(yùn)用。應(yīng)用映像參數(shù)方法當(dāng)時主要在美國各大實(shí)驗室中。 Cohn[2]在集總元件低通濾波器原型機(jī)的基礎(chǔ)上第一個提出了方便實(shí)用的直接耦合空腔濾波器理論。 Levy[4]在前人的基礎(chǔ)給出了集總和分布原型間的關(guān)系。偉大的科學(xué)家 Cohn[5]又把計算機(jī)科學(xué)引進(jìn)到了濾波器設(shè)計中，使設(shè)計的速度與精度都獲得了前所未有的提高； Orchard[6]給出了用迭代分析法來設(shè)計濾波器的理論； Cameron[7]和 Atia[8]給出了用矩陣的方法來綜合設(shè)計濾波器的理論。為我國現(xiàn)今濾波器的研究與發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 Peter W． Kraub和 JanM． Reiter還開發(fā)出了基于模式匹配法開發(fā)了電磁場綜合和優(yōu)化 CAD軟件 WaveWizard[13]。 國外在上世紀(jì) 80年代，已經(jīng)開始對廣義切比雪夫濾波器做出了相關(guān)研究 [14]。 上世紀(jì) 80年代初期，開始了對于以實(shí)數(shù)傳輸零點(diǎn)來分析和綜合廣義切比雪夫濾波函數(shù)低通原型元件值的綜合為研究 [15]錯誤 !未找到引用源。 對于對稱傳輸零點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和其矩陣的綜合， A． E． ATIA,凡 E． WILLAMS和R． W． NEWCOMB采用綜合其偶模網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)偶模矩陣的方法 [8][17]。 20xx年， RichardJ． Cameron研究了傳輸零點(diǎn)的數(shù)目等于廣義切比雪夫函數(shù)濾波器的階數(shù)， RichardJ． Cameron把耦合矩陣的維數(shù)，由 N維擴(kuò)展到了 N+2維。而在微波濾波器的研究方面又有了新的突破。對于兩個相同的諧振腔，既有電耦合，也有磁耦合，其非對稱同步調(diào)諧耦合模型如圖 所示 : 第一章 緒 論 3 CmL1 LmL2 LmLmC2 CmC1 CmI11023I3I2 圖 腔體耦合電路模型 分形的概念 分形在英文中為 fractal，此詞源于拉丁文形容詞 fractus，對應(yīng)的拉丁文動詞是frangere（破碎、產(chǎn)生無規(guī)則碎片）。因此， Mandelbrot 取拉丁文之頭，擷英文之尾所合成的 fractal，本意是不規(guī)則的、破碎的、分?jǐn)?shù)的。它們的共同特點(diǎn)是：機(jī)器不規(guī)則或極其不光滑。 分形作為幾何對象，與普通的 Euclid 幾何有明顯的的區(qū)別： 圖形是規(guī)則的，而分形是不規(guī)則的。 圖形一般不會從局部得到整體的信息，因為它們不強(qiáng)調(diào)局部與整體的關(guān)系，而分形強(qiáng)調(diào)自相似性，自相似性就是局部與整體的相似性，局部中又有相似的局部，每一小局部中并不比整體所 包含的少，不斷重復(fù)，無窮嵌套，形成了奇4 分形貼片濾波器的 設(shè)計 妙的分形圖案。 圖形越復(fù)雜，其背后的也必定越復(fù)雜，而對于分形圖形，雖表面上看去非常復(fù)雜，但其背后的規(guī)則卻有可能是相當(dāng)簡單的。 分形幾何的誕生才不過短短 30 來年，但它對多種科學(xué)的影響卻是極其巨大的。本文將電磁學(xué)與分形相結(jié)合，由于電磁輻射、散射都與物體的幾何形狀息息相關(guān)，而傳統(tǒng)的天線濾波器設(shè)計都基于 Euclid 幾何，因此將分形的概念用于濾波器天線的設(shè)計，有望得到更好的性能 。這樣 , 微波濾波器的小型化已經(jīng)成為一個熱門的研究領(lǐng)域 , 在小型化基礎(chǔ)上提高性能是濾波器研究的主要內(nèi)容。在三角形、方形貼片諧振器上實(shí)現(xiàn)分形 , 從而形成具有分形特性的抽頭耦合 Sierpinski三角形、 正方形貼片濾波器 , 這種新型濾波器性能比傳統(tǒng)濾波器有很大的改善。此外 , 這種濾波器的尺寸也很小。下面分別列出個幾種分形圖。 6 分形貼片濾波器的 設(shè)計 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 7 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 前言 引導(dǎo)電磁波能量向一定方向傳輸?shù)母鞣N傳輸系統(tǒng)都被稱為傳輸線 [20]，這些傳輸線起著引導(dǎo)能量和傳輸信息的作用，其所引導(dǎo)的電磁波稱為導(dǎo)波，因此傳輸線也被導(dǎo)波系統(tǒng)。各種類型的微波傳輸線分別運(yùn)用于不同的微波工作頻段和微波系統(tǒng)工程中，在研究各種類型的微波傳輸線時都要涉及到一些共同的概念和電特性，例如傳播常數(shù)、特性阻抗、場結(jié)構(gòu)、臨界波數(shù)、波阻抗、等效阻抗、功率容量、衰減損耗、工作頻帶、結(jié)構(gòu)尺寸、制造工藝等等。與波導(dǎo)相比，它的缺點(diǎn)是損耗較大， Q 值低和功率容量小。下面重點(diǎn)介紹常用的微帶線結(jié)構(gòu)。常用的介質(zhì)基片有三氧化二鋁陶瓷（ r? =9~10），復(fù)合微波介質(zhì)（ r? =2~20），聚四氟乙烯玻璃纖維（ r? =2~3）以及石英玻璃（ r? =）。標(biāo)準(zhǔn)微帶線是在微波集成電路中8 分形貼片濾波器的 設(shè)計 最常用的微波傳輸線。 （ 3）屏蔽微帶線 在標(biāo)準(zhǔn)微帶線中，雖然也有屏蔽盒，但相對于微帶線的條帶尺寸來說，屏蔽盒的尺寸要大得多，因此屏蔽盒的大小對微帶線的特性阻抗基本上沒有影響。 微帶線的特性阻抗 （ 1）特性阻抗的計算 標(biāo)準(zhǔn)微帶線的特性阻抗的計算方法有多種，有保角變換法、變分法、譜域法等。但相對于譜域法，保角變換和變分法計算簡單，在大多數(shù)情況下，可以滿足微波電路設(shè)計的要求。 當(dāng) W/h? 1時 ?????? ?? hWWhZr ? （ 222） ???????????????? ???????? ????? ?hW h wrrr221 10 2121 ??? （ 223） 當(dāng) W/h? 1時 ????????????????????????????WhhWhWrrrrZ2101212121) n (1π120???? （ 224） 上述公式在 16, ??? rhW ?的范圍內(nèi)， 精度優(yōu)于 1%。例如對于三氧化二鋁陶瓷基片，一般微帶線最窄的線寬不能低于 毫米，而對于聚四氟乙烯玻璃纖維和復(fù)合微波材料基片，最窄線寬不能小于 毫米。 微帶線的制造工藝 微帶線制造的工藝過程與普通印刷電路的制造過程相似，對于聚四氟乙烯和復(fù)合微波材料，其電路的加工工藝過程如下： 1制版 2光刻 3腐蝕 4電鍍金 在微帶條帶上電鍍一層金的主要目的是為了防止微帶 線的銅層生銹。 微帶線的特點(diǎn) 微帶線有如下特點(diǎn)： （ 1）平面電路，方便微波電路元件如微波二極管，三極管，微波單片集成電路模塊的安裝。 （ 3）體積小，重量輕，電路集成度高。12 分形貼片濾波器的 設(shè)計 濾波器的概念與分類 濾波器是一種二端口網(wǎng)絡(luò)。再則，微波固體器件的應(yīng)用對濾波器的發(fā)展也有推動作用，像參數(shù)放大器、微波固體倍頻器、微波固體混頻器等一類器件都是多頻率工作的，都需用相應(yīng)的濾波器。原來為處理模擬信號所不可缺少的 LC 型濾波器，在低頻部分，將逐漸為有源濾波器和陶瓷濾波器所替代。雖然它們的設(shè)計方法各有自己的特殊之點(diǎn)，但是這些設(shè)計方法仍是以低頻“綜合法濾波器設(shè)計”為基礎(chǔ)，再從中演變而成。1 圖 低通濾波器示意圖 圖 的方框里面是一個由電抗元件 L和 C組成的兩端口。與電源相接，其電動勢為 Eg，內(nèi)阻為 R1。與負(fù)載 R2相接，當(dāng)電源的頻率為零（直流）或較低時，感抗很小，負(fù)載 R2 兩端的 電壓降 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 13 E