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微带谐振器的小型化研究与小型化滤波器设计

李文明  
【摘要】: 无线通讯技术的飞速发展使得电子设备小型化成为一个十分重要的问题。在射频/微波收发链路结构中,随着半导体集成电路的发展,放大器、振荡器等有源电路单元的微型化得到了极大的突破。但是,以滤波器、天线等为代表的无源电路单元的小型化仍存在许多问题,其已经渐渐成为射频/微波前端电路小型化的瓶颈之一。研究小型化、高性能的微波滤波器结构是当前非常受关注的课题。 首先,本文研究了谐振器的小型化技术。以谐振器小型化理论为核心来阐述滤波器的小型化。对常用的片式谐振器、环式谐振器、发卡式谐振器和SIR谐振器(阶跃阻抗谐振器)的谐振条件进行了理论分析,通过分析得出了谐振器小型化的一般性思路。根据该谐振器小型化思路,本文结合国内外的诸多滤波器小型化设计实例归纳总结出了四种谐振器小型化方法。 其次,本文研究了多角形开环谐振器结构。结合环路折叠、SIR、电容加载、慢波结构加载、槽微带线等小型化技术分别提出了小型化的六角形和八角形开环谐振器结构。采用电场耦合方式分别设计并加工了三个小型化性能非常突出的具有椭圆函数响应的二阶带通滤波器。测试结果和仿真结果基本吻合。 再次,本文研究了LTCC多层结构的小型化双模滤波器。对电容加载双模谐振器的小型化机理进行了理论分析。论文采用LTCC技术对宽边耦合结构、双模谐振单元和集总电容分别进行了仿真设计,并用四层LTCC结构将它们整合为一个电容加载双模滤波器结构。通过仿真发现该LTCC滤波器阻带杂散抑制能力突出,平面面积比非加载双模滤波器减小了35%以上。 最后,本文提出了高阶级联滤波器的纵向扩展设计思路。文章以一个四阶级联双模滤波器为例,采用七层LTCC结构将两个双模谐振器在纵向上级联,得到的四阶滤波器具有较好的通带响应和阻带抑制能力。在级联滤波器设计中,采用这种小型化思路设计可以将滤波器总体平面面积减小50%以上。


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