无线通信系统中滤波器新型建模方法及其应用研究

【摘要】：滤波器作为无线通信系统中的重要部件之一,因其在系统中起到了频率过滤和选择的关键作用,受到了广泛关注和研究。本论文旨在针对目前滤波器建模方法在面对三维集成工艺技术和多功能集成设计理念时存在的一系列问题和不足之处,提出高效准确的滤波器新型建模方法(主要包括双端口毫米波滤波器、多端口功分/巴伦滤波器与平衡滤波器新型建模方法),并在此基础上,探索所提出的新型谐振器和耦合拓扑结构在三维封装和平面印刷形式下的电路实现,最终设计出一系列新型滤波器。本论文的主体内容概括如下:1.提出一种双/多端口滤波网络新型综合理论:首先,针对双端口滤波网络耦合矩阵提取,采用了一种全局搜索结合局部优化的混合优化算法(量子粒子群算法+fminunc算法);其次,扩展了三端口功分/巴伦滤波网络特征多项式综合方法,提炼出两类功分/巴伦滤波网络耦合拓扑,提出相应的目标函数,并利用上述混合优化算法提取了功分/巴伦滤波网络耦合矩阵;最后,提炼了一类四端口平衡滤波网络耦合拓扑,并通过同样的混合优化算法提取了差模信号激励下的耦合拓扑对应的耦合矩阵。2.基于双端口滤波网络综合理论开展了新型毫米波带通滤波器设计:基于双端口滤波网络综合理论,结合不同的耦合拓扑,设计了三种新型毫米波低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)高选择性带通滤波器。3.基于三端口滤波网络综合理论开展了新型功分/巴伦滤波器设计:基于三端口滤波网络综合理论,结合不同的耦合拓扑,通过三维封装和平面印刷形式设计了一系列新型的功分/巴伦滤波器。利用传输线驻波分布特性,通过在特定波长的开/短路传输线与谐振器间形成合适的耦合拓扑,分别设计了四种新型微带高性能功分/巴伦滤波器。此外,利用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)腔TE102模场分布在两个半波长区域等幅反相特性,设计了一种新型毫米波LTCC高选择性巴伦滤波器。4.基于四端口平衡滤波网络综合理论开展了新型平衡滤波器设计:基于四端口平衡滤波网络综合理论,采用不同的耦合拓扑,设计了两种新型平面平衡滤波器。首先,利用耦合线平衡原型与多模谐振器有效结合形成的合适的耦合拓扑,设计了一种具有高共模抑制和良好带外抑制的新型微带三模平衡滤波器。其次,利用SIW腔体TE102模的平衡特性,设计了一种具有高共模抑制的新型SIW双通带平衡滤波器。