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多层混合耦合小型化滤波器研究

何泽涛  
【摘要】:滤波器作为频率选择器件在微波通信系统中起着举足轻重的作用,微波通信系统的集成化发展则对滤波器小型化提出了更高的要求。滤波器集成化、小型化成为目前该领域研究的热点之一。首先,论文介绍了滤波器的应用背景及国内外发展现状,提出了本论文的研究意义及研究内容。在阐述广义切比雪夫滤波器数学模型及交叉耦合矩阵综合理论的基础上,通过频变耦合量融入到传统交叉耦合矩阵中,推导形成频变耦合矩阵,为后面新型滤波器电路的研究奠定了理论基础。其次,论文提出一种闭合环结构的阶梯阻抗谐振器(SIR)结构,该结构采用闭合传输线替代传统阶梯阻抗谐振器的低阻抗传输线,通过在闭合环中可嵌入SIR谐振器高阻抗线及其他谐振结构,可实现谐振器之间的混合电磁耦合,解决了高选择滤波器的小型化问题。基于该环形SIR谐振结构,分别研究分析了二阶混合耦合滤波器、三阶混合交叉耦合滤波器及四阶盒型混合耦合滤波器,该滤波器具有结构更加紧凑、带外传输零点可控等特点;通过在该闭合环SIR结构中内嵌加载枝节,可以更加灵活控制SIR谐振器的谐波频率,并基于该谐振结构设计了一系列单层和多层双频带带通滤波器,通过在滤波器通带附近引入多个传输零点,改善了双频带带通滤波器的频率选择特性。再次,论文将混合电磁耦合运用到基片集成波导(SIW)结构的滤波器中,研究了多层六边形SIW滤波器和单腔六边形双模SIW滤波器。通过分析六边形SIW谐振腔的电场和磁场分布,确定了多层六边形SIW腔中模式激励的结构形式及实现方式,实现了具有混合耦合的多层SIW滤波器。在此基础上,充分利用SIW谐振器具有多模传输的特点,通过输入输出耦合线非共轴和上下谐振腔间的拱形耦合缝将混合耦合引入源/负载(S/L)耦合路径中,实现了谐振腔的双模耦合方式,使具有多个有限传输零点的单腔六边形SIW双模混合耦合滤波器选择性更高。最后,论文研究了混合电磁耦合滤波器在天线中的应用,提出一种基于λ/2闭合环谐振器的宽带滤波巴伦,并运用奇偶模阻抗特性分析法对多层宽带滤波巴伦进行了理论分析。通过将宽带滤波巴伦和准八木天线集成,实现了一种具有滤波功能的端射小型化天线。该滤波天线带宽较宽,具有边缘选择性高,结构紧凑,辐射效率高等特点。


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