无线通信中微带滤波器的研究与设计

【摘要】：随着科技不断进步,无线通信前所未有地融入到生活中,尤其以贴近日常应用的短距离无线数据业务更是迅速发展。例如GPS、WLAN、WiFi、UWB、Bluetooth等短距离无线通信等广泛应用,极大地推动了滤波器技术的快速发展,也对滤波器的性能提出了更高的要求。同时,对应多频通信、宽带通信的多通带和宽带滤波器技术成为近年来的研究热点。本文主要围绕无线通信频段的微带带通、多通带和宽带滤波器设计展开,结合设计理论和结构特性,针对微带结构、地面缺陷结构等多种微带结构,设计了多款工作于无线通信频段的高性能带通滤波器、多通带滤波器和超宽带滤波器。本文的主要工作如下: (1)系统研究了开口谐振环结构,包括微带形式和地面缺陷形式;对开口谐振环的谐振特性、耦合特性做了深入分析。系统总结了开口谐振环之间不同位置耦合强度;首次研究了微带环与地面缺陷环之间的耦合特性,并对不同位置的耦合形式做了全面的讨论;分析总结了微带环与地面缺陷环形成耦合的必要条件,对设计有重要指导意义。 (2)系统研究了开口谐振环的不同馈电形式。深入讨论了馈电与开口谐振环结构的位置关系,总结了直接馈电和耦合馈电下的耦合强度,并做了比较;应用不同的馈电形式进行滤波器的设计,进一步验证了结论的正确性。 (3)基于折叠阶梯阻抗开口环进行了高性能带通、双通带、多通带滤波器的设计;采用不同馈电形式设计以微带环和地面缺陷环作为谐振单元的滤波器;结合0度馈电理论和源与负载耦合理论,进行了具有带外传输零点的高性能滤波器设计;应用开口环谐波特性,进行了双通带滤波器设计;采用并联通带法,设计了微带环与地面缺陷相结合双通带滤波器;基于频率变换法,应用微带环耦合、地面缺陷环耦合以及两者相互耦合结构设计了多个双通带、三通带滤波器。 (4)基于离散时域技术,应用Z变换法实现了超宽带滤波器的综合优化设计。同过分析结构的分布参数得到传输矩阵,将其与理想频响特性对比,进一步优化出尺寸参数,完成滤波器的快速设计。 (5)研究了微带三线耦合结构,应用其宽带特性,结合并联短路枝节,设计了超宽带滤波器;应用DGS结构,设计了复合左右手传输线,方环谐振器等形式,实现了小型化超宽带滤波器;提出了高频宽带低通滤波器、微带带阻滤波器以及DGS带阻滤波器,用于滤波器的谐波抑制,得到了高性能的超宽带滤波器;针对无线通信中频率冲突问题,提出了嵌入式并联开路枝节以及地面缺陷开口环,设计出具有带内阻带特性的超宽滤波器。