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《湖北大学》 2017年
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介质腔体滤波器的结构优化和容性交叉耦合设计

郭勤武  
【摘要】:随着现代无线通讯事业高速发展,对基站滤波器的整体性能提出更苛刻的要求。金属同轴腔体滤波器和介质腔体滤波器是两种常见基站用滤波器,其中介质腔体滤波器具有低损耗、温度稳定性高以及可小型化等优点。面对日益增长的数据通信需求,迫切需要提供更高质量的信号。因此如何合理利用高性能的介质谐振器进行滤波器整体设计对于生产应用至关重要,特别是如何选取腔体拓扑结构,如何优化整体参数来缩短生产时间和减小尺寸来降低成本。直接耦合对于滤波器S曲线至关重要,本文首先以一款采用圆柱体单腔的介质六腔体滤波器为例,通过使用电磁仿真软件HFSS和电磁仿真软件ADS相互协助的方法进行模拟实验。为了在后期引入交叉耦合,在腔体拓扑排布上采取三种不同结构进行对比探究,获得了最佳的U型腔体拓扑结构。特别针对同一技术指标,在立方体单腔构成的六腔U型拓扑结构介质滤波器中,采用圆环形和棒形馈线两种端口进行了等效模拟研究。最后的实验结果(f_0=2.62 GHz、BW=50 MHz、通带插入损耗值|S_(21)|0.5 dB、通带回波损耗值|S_(11)|20 dB、带外抑制值|S_(21)|40 dB@f_0±60 MHz)证明了立方体腔体具有更大的适用性。交叉耦合结构的引入可以产生传输零点来增强带外抑制,本文根据容性交叉耦合理论在一个四腔直接耦合滤波器基础模型中引入U型棒来研究探讨产生传输零点的可行性。通过在不同腔体结构中变换耦合结构的位置和尺寸,成功实现了CQ和CT容性交叉耦合。结果表明在四腔CQ曲线的高带和低带各产生一个传输零点,在三腔CT曲线的低带产生一个传输零点。比较直接耦合和交叉耦合最终的S参数曲线,可以看出在保持f_0、BW、通带插入损耗、通带回波损耗指标的情况下,容性交叉耦合产生的传输零点明显增强了带外抑制值|S_(21)|(f_0±60 MHz)。为了进一步验证实验结果,根据圆柱体和立方体腔体特性,将CQ容性交叉耦合中的垂直U型棒结构加在已得到六腔直接耦合滤波器模型上。结果显示高低带各产生一个传输零点增强了带外抑制,证明所提出的容性交叉耦合结构是合理且可行的。在直接耦合和交叉耦合探究完毕后,提出更高要求的技术指标,首先针对中心频率f_0为2.585 GHz、通带宽度BW为50 MHz(2.56 GHz~2.61 GHz)、通带插入损耗值|S_(21)|1 dB、通带回波损耗值|S_(11)|20dB、带外抑制|S_(21)|60 dB@f_0±60 MHz、输入输出阻抗50Ω的立方体八腔滤波器进行了模拟实验。这里选择两个U型四腔相连的方式先进行全腔直接耦合模拟,在其基础之上再引入水平U型棒来实现CQ容性交叉耦合,成功的在高带2.6870 GHz和低带2.5218 GHz处产生传输零点。通过对比加入交叉耦合结构后的结果,可以看出左边与右边带外抑制均获得提升,整体带外性能取得优于技术指标要求的结果。此外还采用圆柱体单腔做了一款中心频率f_0为2.605 GHz、通带宽度BW为50MHz、通带插入损耗值|S_(21)|1 dB、通带回波损耗值|S_(11)|20dB、带外抑制值|S_(21)|60 dB@f_0±60 MHz、输入输出阻抗为50Ω的八腔CT容性交叉耦合介质滤波器。由最终的仿真结果看出在低带2.5168 GHz处成功引入一个传输零点,在点2.545 GHz处的带外抑制值为89.8295 dB,与直接耦合在同频率点带外抑制(87.9135 dB)相比较,左边带外抑制获得提升。模拟调试结束以后,根据得到的具体参数值,利用AutoCAD工程制图软件绘制腔体尺寸详细图纸。通过实物组装调试基本得到符合技术指标的结果,但是由于加工误差和环境温度的影响导致实测结果与模拟结果有所差异,综合来看印证了本文直接耦合和交叉耦合设计的可行性和实用性。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN713

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