电容加载小型化滤波器的设计(可编辑).docVIP

第一章 由于无线电通信的快速发展，微波滤波器作为微波接受和发射系统的重要元件，在通信系统中有着抑制谐波和抗干扰的重要作用，关于它的研究一直倍受关注。每一个完善的微波系统中都必须有一个选频器件，也就是每一个完善的微波系统中都必须有微波滤波器或者相似的结构，在无线电通信技术中，滤波器的性能的的好坏决定了整个通信系统的通信质量和主要性能参数。随着无线电通信的应用越来越多，各种通信标准的不同要求，频率资源的日益紧张，又由于滤波器作为重要的选频器件，所以在通信系统中对滤波器的要求也越来越高，需求量也越来越大。为了减少微波系统的体积，增强整个系统的性能，抑制谐波和干扰，设计出高性能，小型化，低成本，易制造的滤波器就成为了学术界的热点研究问题。 从1937年W . P Mason和R . A Sykes首先研究微波滤波器以来到现在近八十年时间里，对于微波滤波器研究一直处于学术研究的热点课题，在这期间许多专家和学者都作出过重大贡献。如Cohn首先提出来直接耦合空腔滤波器理论；G . L . Mtthaei对滤波器的设计方法做出了系统全面的介绍，至今还有很高的实用价值；A . E . Williams和Kurzrok提出了交叉耦合低阶滤波器；Rhode提出了线性相位滤波器理论等等。微波滤波器研究上已经取得很重大突破，各种更小型化，高性能的微波滤波器被研制出来。微波滤波器分类方式有很多种，这里我们按传输线的不同来分类，可把微波滤波器分为：微带滤波器、波导滤波器、同轴滤波器、SIR滤波器即阶跃阻抗谐振器滤波器、多层陶瓷介质滤波器等。其中每种滤波器都有着自己的特点：同轴滤波器拥有高Q值，易于实现，适用与大规模生产，很适合用于带宽为0.5%—3%窄带滤波器；波导滤波器带内差损小，带外抑制高，具有高Q值，在1.8—25GHz的频率范围可以用来实现相对带宽为0.2%—3.6%的窄带带同滤波器；SIR滤波器，它通过SIR减少了滤波器体积的同时通过调节高低阻抗的比值来控制杂散频率具有小型化，宽阻带的特点；多层陶瓷介质滤波器，它具有高频率、低损耗、小型化、抑制好等特点，广泛应用于移动通信和数字化电器中。微带滤波器，它具有易集成、高选择性、体积小、易制造、低成本等优点，广泛应用与现代射频与微波系统、雷达系统、无线通信系统中。 微带滤波器结构平行耦合发夹式、梳状型和交指型等，端耦合尺寸太大，输入、输出不在同一条直线上纵向长度只有端耦合长度的一半发夹式、梳状型和交指型等结构对工艺要求高Z1、Z2分别是高低阻抗线的特性阻抗。SIR 的谐振频率取决于， 和特性阻抗比，通过调节调节特性阻抗比可以控制杂散频率的位置，这是阶梯阻抗谐振器的一个重要特点。此外阶跃阻抗谐振器比均匀阻抗谐振器多了一个设计自由度。通过调节，的长度和特性阻抗比，可减少谐振器的长度，利用这一特点阶跃阻抗谐振器常应用于滤波器小型化的设计中。阶梯阻抗谐振器的缺点是，阻抗不连贯性和低阻线会带来较大的损耗，减小了其品质因数，导致带内插损较大。 1972年Wolff提出了缺陷环结构的双模谐振器，双模谐振器通过在在谐振器内加入微扰（如加入切角、开槽、加入小的贴片等），这样能可改变原正交简并模的电场分布使简并模分离,在两个频率上实现谐振，这样单谐调电路就等效为双调谐电路。相当于在原有的电路结构不发生改变的情况下，通过采用双模谐振器，所需谐振器的数目就变成了原来的一半，这样使得整个电路具有更小的尺寸，目前双模谐振器滤波器的小型化设计中被广泛使用。 1999年，缺陷地结构即DGS结构首次由J.I.Park等人提出，它的出现为滤波器小型化设计提供了更多种的实现方式,通过在微带线或着金属底板上蚀刻不同的图形，来改变传输线的等效电容或等效电感，扰乱微带线上的电流分布，进而改变传输线的传输特性。由于改变了传输线的等效电容和电感，使的缺陷地结构具有带隙特性和慢波特性，适合用于小型化滤波器的研究与设计。下图为几种常见的缺陷的结构，这些DGS结构可等效为增加了主传输线上的电容和电感，从而减少滤波器的尺寸，适合用于小型化滤波器的设计。 基片集成波导（SubstrateIntegratedWaveguide),它是一种新型的波导结构，广泛应用于滤波器小型化的设计，。这种波导结构可有效实现系统的小型化,降低加工成本,具有较高的Q值，易集成等优点,同时由于基片集成波导能产生传输零点，所以它能提高滤波器的选择性，使得滤波器有较好的带外抑制。又由于整个基片集成波导结构在介质基片上可以完整的通过加工实现,所以适用于PCB及LTCC工艺,与传统金属波导器件的加工成本相比,基片集成波导的加工成本远远小于传统金属波导器件的加工成本，适合大规模生产。。 共面波导结构，1969年C.P.Wen 在提出的一种平面传输线结构即共面波导