随着现代无线通信业务的快速发展以及通信系统标准的迅速演进,各种信息业务的需求也不断增长,同时,受限于有限的可用频谱资源,在多系统、多标准的无线通信环境中,通信系统的兼容性、信道切换的灵活性以及通信器件的抗干能力迎来了更大的挑战。射频滤波器作为无线通信系统中射频前端收发链路的重要核心部件之一,对系统工作性能、结构复杂度以及制造成本均产生非常重要的影响。随着通信系统小型化、轻量化、便携化的发展趋势,对高选择性、结构紧凑、具有灵活的带宽控制的小型化带通滤波器进行研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本论文由滤波器设计的一般方法:耦合矩阵综合法入手,紧跟通信系统中滤波器设计的热点——可重构射频滤波器以及混合耦合滤波器结构,进行了理论研究并进行了加工测试。在本文中,基于缺陷地结构以及平行耦合微带结构,设计并制作了性能增强的恒定带宽频率可调带通滤波器。在此基础上,对缺陷地结构展开了研究,创造了具备可切换固定带宽的恒定带宽频率可调带通滤波器。之后基于耦合矩阵网络综合理论,提出并构建了微带-同轴腔体混合耦合结构双工器。通过在双工器中每个独立信道内使用耦合网络矩阵进行分析,提取出混偶耦合状态下,每个谐振模式的谐振频率及谐振单元之间的耦合系数。本论文的主要创新工作和成果如下:1)根据耦合矩阵网络综合法以及去加载提取法,分析与预测了加载变容二极管的均匀传输线结构单元的频率调谐特性,利用该算法基于耦合网络拓扑结构实现在确定的调谐频率下设计并制作预置性能条件的滤波器或可重构滤波器。2)基于修正（改进）型平行耦合传输线结构,通过对该结构的多模谐振模式进行奇偶模分析,确定在该结构中添加的传输零点位置,利用该结构的传输零点特性,提出并构建了高选择性三极点恒定带宽可调滤波器,实现了更好的滤波器带外抑制效果。3)提出了基于缺陷地结构的性能增强的平行耦合微带可调频率的恒定带宽带通滤波器。并对平行耦合传输线结构中耦合系数的影响因素进行了研究。采用全波电磁仿真法分析并计算了平行耦合传输线处于耦合区域的电场及磁场矢量,探索并讨论了缺陷地结构尺寸对传输线结构LC等效电路中电感和电容数值的影响,基于谐振线间电感性耦合及电容性耦合系数的变化,对总耦合系数K进行有效控制。在此工作的基础上,对缺陷地结构进行进一步的分析,提出了在恒定绝对带宽频率可调滤波器的结构基础上,通过在缺陷地结构中端接变容二极管以实现带宽的开关控制,设计并验证了带宽可切换恒定滤波器的结构及工作特性。4)基于耦合矩阵网络综合算法,提出并创造了一款平面微带-同轴腔体混合耦合结构的滤波器,实现了在混合耦合状态下的三模谐振滤波器设计。通过在微带结构滤波器的上方垂直空间中,利用在金属屏蔽腔体内添加内导体的方法,有效的利用了同轴腔体的空间结构,使得该腔体与平面耦合谐振微带结构产生新的谐振模式。在本滤波器设计中,首先基于耦合矩阵,通过计算决定三个谐振模式处于混合耦合状态下的谐振中心频率。之后在已确定平面双模谐振微带线的结构基础上,控制屏蔽腔金属内导体与平面电路的缝隙以及内导体的半径,调整同轴腔体的谐振频率使其接近于第三个谐振模式的谐振频率。通过平面电路与腔体空间的耦合效应确定带通滤波器的传输零点位置以及相应的传输极点,微调内导体的物理尺寸以获取更好的滤波器性能。基于所设计的混合耦合结构,加工并制作了一个微带-同轴腔体混合结构的双工器。
基本信息
| 题目 | 基于矩阵网络综合的滤波器研究设计 |
| 文献类型 | 博士论文 |
| 作者 | 束蛟 |
| 作者单位 | 南京邮电大学 |
| 导师 | 张业荣 |
| 文献来源 | 南京邮电大学 |
| 发表年份 | 2020 |
| 学科分类 | 信息科技 |
| 专业分类 | 无线电电子学 |
| 分类号 | TN713 |
| 关键词 | 耦合矩阵综合,可重构恒定带宽滤波器,混合耦合滤波器,传输零点 |
| 总页数： | 115 |
| 文件大小： | 4584K |
论文目录
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究历史及现状 |
| 1.2.1 可重构滤波器研究现状 |
| 1.3 本论文的主要内容 |
| 第二章 滤波器设计的基本理论 |
| 2.1 滤波器基本技术指标 |
| 2.2 滤波器网络模型分析 |
| 2.2.1 可调滤波器去端口加载 |
| 2.2.2 基于滤波器耦合矩阵的可调滤波器设计 |
| 2.3 变容管的模型与参数提取技术 |
| 2.3.1 变容管模型 |
| 2.3.2 变容二极管等效模型的对应参数提取 |
| 2.4 传输线耦合系数提取 |
| 2.5 变容二极管高阶非线性失真研究 |
| 2.5.1 可调滤波器非线性的建模与分析 |
| 2.5.2 基于耦合矩阵网络的非线性建模 |
| 2.5.3 可调滤波器线性S参数和非线性OIP3计算 |
| 2.5.4 可调谐振器的特性研究 |
| 第三章 恒定绝对带宽改进型平行耦合带滤波器设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 原理与设计 |
| 3.2.1 修正结构的平行微带线结构及传输零点特性分析 |
| 3.2.2 加载可变电容的半波长微带谐振器 |
| 3.2.3 三阶恒定绝对带宽频率可调滤波器 |
| 3.3 结构设计与结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于缺陷地结构的耦合增强固定带宽频率可调滤波器设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 原理与设计 |
| 4.2.1 耦合系数分析 |
| 4.2.2 耦合系数基本理论 |
| 4.2.3 对称谐振结构的耦合系数提取 |
| 4.2.4 非对称耦合结构耦合系数提取 |
| 4.2.5 恒定绝对带宽特性及缺陷地结构对耦合系数的影响 |
| 4.3 仿真及测试结果 |
| 4.4 总结 |
| 第五章 带宽可切换频率调谐耦合谐振滤波器的设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 滤波器结构设计 |
| 5.2.1 滤波器结构介绍以及带宽切换开关设计 |
| 5.2.2 耦合参数提取 |
| 5.2.3 缺陷地结构对耦合参数的影响 |
| 5.3 实验测试结果与性能分析 |
| 5.4 结论 |
| 第六章 微带-同轴腔体混合耦合滤波器及双工器的设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 原理与设计 |
| 6.2.1 结构与耦合拓扑 |
| 6.2.2 混合耦合滤波器结构 |
| 6.2.3 微带线谐振器分析 |
| 6.2.4 混合耦合结构的耦合矩阵表达 |
| 6.3 双工器参数指标评估与预测 |
| 6.3.1 双工器工作指标 |
| 6.3.2 滤波器性能预估 |
| 6.4 混合滤波器仿真设计及性能分析 |
| 6.4.1 微带耦合结构参数仿真与调整 |
| 6.4.2 同轴腔体内导体对滤波器性能的影响 |
| 6.5 双工器设计实物及测试 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文总结 |
| 7.2 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间撰写的论文 |
参考文献
| [1] 伯努利滤波器在纯角度跟踪场景中的应用[J]. 红外与激光工程 2021(02) |
| [2] 浅析用于变换器的高阶并网滤波器[J]. 电气技术 2021(02) |
| [3] 体声波滤波器功率容量的评估方法[J]. 压电与声光 2019(06) |
| [4] 可重构滤波器研究进展综述[J]. 微波学报 2020(01) |
| [5] 一种生物滤波器的设计[J]. 上海电气技术 2020(03) |
| [6] 一款低损耗低噪声宽调谐的高阶级联N通道滤波器[J]. 广西师范大学学报(自然科学版) 2019(04) |
| [7] 多级EMI滤波器优化设计方法研究[J]. 山东工业技术 2018(20) |
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