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减小加工敏感度的非等波纹微波滤波器的研究与设计

付尚  
【摘要】:微波滤波器在通信系统中扮演着极其重要的角色。使目标频段的信号通过、使不期望得到的信号得以抑制,微波滤波器的性能直接决定着通信质量的好坏。在数十年的时间里,众多有关滤波器的成果得以发表,这些成果一方面是关于微波滤波器的综合理论,另一方面是关于滤波器的设计,集中于使滤波器具有更陡的边带、更高的带外抑制、更低的损耗、更高的品质因数、以及双通带和多通带等特性。然而经过几十年的研究,纵然指导滤波器设计的综合理论已经非常成熟,但由于不可避免的加工误差、实际使用的材料特性的偏差、焊接质量的好坏、温度效应等实际中复杂的情况,实际测试得到的响应结果与仿真和综合结果总会有一定差距,这种差距可能体现出滤波器通带内匹配性能的恶化、回波损耗的增大以及插入损耗的增大等现象,为减小实际生产中的误差对滤波器所造成的不利影响,本文将对传统的等波纹滤波器进行改造,使得滤波器的通带内能够具有非等波纹的特性从而相比于等波纹滤波器可以减小实际加工中可能增大的回波损耗,使得实际生产的非等波纹滤波器在应对加工误差时具有更低的敏感度以及更加理想的带内响应。本文首先回顾了经典的耦合矩阵的综合方法,并在此基础上通过一些数值变化模拟实际生产中的误差对滤波器响应可能造成的影响。依据这些初步的结论,本文采用了能够实现非等波纹响应的特性函数来减小加工中的误差所造成的不利影响。本文重新综合了传统的全极点阶梯形集总电路,得到了一系列能够实现非等波纹滤波响应的低通原型元件值。此外,本文还对一种经典的等波纹类型的传输线型滤波器进行重新综合,利用一定的数学条件,求解得到可实现非等波纹滤波特性的带通和低通滤波器的归一化特性阻抗值,再采用结合共面波导和槽线的结构进行仿真、加工和测试。对等波纹和非等波纹滤波器的响应进行比较,测试结果初步地表明滤波器的回波损耗在通带边沿增大的幅度更大、匹配性能在通带边沿的恶化效果更为明显,非等波纹滤波器在应对制造误差时相比等波纹滤波器具有更小的回波损耗,实验结果初步地表明了非等波纹滤波器在减小加工敏感度方面的优越性。


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