【摘要】：隨著無線射頻電路的大規(guī)模集成化,一體化,人們對小型化無線設(shè)備的要求越來越高,他們希望通過一套無線通信系統(tǒng)或者一個無線通信設(shè)備就能工作在不同的頻段,實(shí)現(xiàn)不同的通信功能。于是,多頻帶通信系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。如何解決多頻帶通信系統(tǒng)中,不同頻率信號通道間干擾的問題,可調(diào)濾波器是目前為止最優(yōu)的解決方案。除此之外,可調(diào)濾波器不僅能用于多頻帶,多信道通信系統(tǒng)中減小系統(tǒng)整體體積,提高性能,它也常常用于微波測試系統(tǒng),調(diào)頻接收機(jī),寬帶雷達(dá),電子對抗中。然而如何實(shí)現(xiàn)小型化,設(shè)計(jì)、控制簡單化,低損耗,高Q值,平面集成化,高可靠性,多參數(shù)調(diào)節(jié)的可調(diào)濾波器,仍然是亟待解決的問題。本文圍繞以上課題展開研究,并做出以下貢獻(xiàn):1.作為可調(diào)濾波器的基本結(jié)構(gòu),本文提出一系列新型、具有電調(diào)潛力的無源濾波器,用以做后續(xù)電調(diào)結(jié)構(gòu)的開發(fā)和利用。其一,提出一種應(yīng)用電磁混合耦合的緊湊型雙通道高選擇性濾波器,具有傳輸零點(diǎn)可控特性;其二,提出一種可加載諧振模式的多模諧振器和其對應(yīng)的多通道濾波器的設(shè)計(jì)方法,并且用雙模諧振器和三模諧振器構(gòu)成可通帶的獨(dú)立控制的雙通道和三通道濾波器加以驗(yàn)證;其三,提出兩個小型化、高靈活性、集總參數(shù)濾波器,實(shí)現(xiàn)了一個超寬阻帶的帶通濾波器和一個二階具有四個可控傳輸零點(diǎn)的高選擇性帶通濾波器;其四,提出利用電磁混合耦合實(shí)現(xiàn)基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的雙零點(diǎn)的帶通濾波器,其工作模式為易于電調(diào)的TEM模。其五,提出一種橫向?yàn)V波器設(shè)計(jì)方法,用以實(shí)現(xiàn)一種帶通濾波器,其傳輸零點(diǎn)個數(shù)大于其傳輸極點(diǎn)個數(shù),并且用濾波器原型進(jìn)行表示。2.提出一種橫向可調(diào)濾波器的統(tǒng)一綜合方法,其方法基于橫向耦合矩陣原型,并且可應(yīng)用于所有多�？烧{(diào)濾波器的設(shè)計(jì)。此方法解決了應(yīng)用固定頻率耦合矩陣設(shè)計(jì)可調(diào)濾波器時,所碰到無法一一對應(yīng)的問題,并可用于指導(dǎo)橫向可調(diào)濾波器的設(shè)計(jì)和響應(yīng)預(yù)估。在此基礎(chǔ)上,本論文提出了二階濾波器的拓?fù)湓秃蛯?yīng)的電路模型,并且用微帶結(jié)構(gòu)和變?nèi)荻䴓O管實(shí)現(xiàn)電路實(shí)物。測量和仿真結(jié)果與綜合方法的估計(jì)結(jié)果顯示出一致性,從而驗(yàn)證了所提出的理論。此外,通帶開關(guān)特性和阻帶獨(dú)立調(diào)節(jié)特性也反映在測量結(jié)果中,從而更進(jìn)一步擴(kuò)展了此種電路的應(yīng)用價值。3.提出了一種簡單的,兩個二極管加載的,雙�？烧{(diào)諧振器和其階躍阻抗改進(jìn)型結(jié)構(gòu)。此類諧振器的兩個諧振模式可以被一個控制電壓同步調(diào)諧,而兩個諧振頻率之間的帶寬的隨頻率的變化,可以進(jìn)行預(yù)設(shè)。于是固定帶寬,隨頻率增加而增加的帶寬,隨頻率增加而減小的帶寬都可以通過此種濾波器實(shí)現(xiàn)。其改進(jìn)型結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)同樣特性的前提下,可以擴(kuò)展頻率調(diào)節(jié)范圍,擴(kuò)寬阻帶帶寬,減小電路尺寸。為了驗(yàn)證理論,固定帶寬頻率捷變,增帶寬頻率捷變,降帶寬頻率捷變等可調(diào)特性的四個可調(diào)濾波器實(shí)例根據(jù)所提出的設(shè)計(jì)步驟被研制出并且得以加工和測試。其實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證了所提出的理論分析。最后,本論文又提出了一個通帶可單獨(dú)調(diào)節(jié),并且具有通帶單獨(dú)開關(guān)特性的,帶寬固定的,雙通帶頻率捷變?yōu)V波器,并完成整個2G/3G/4G商用蜂窩通信頻段的全頻率調(diào)節(jié)覆蓋。此雙通帶可調(diào)濾波器實(shí)現(xiàn)了所報道的濾波器中最寬的頻率調(diào)節(jié)范圍。4.針對基于單模諧振器的耦合型可調(diào)濾波器,本文提出了一種統(tǒng)一綜合方法和相應(yīng)的元素可變耦合矩陣。在此基礎(chǔ)上,又提出四階全范數(shù)頻率捷變?yōu)V波器的模型,并在此數(shù)學(xué)模型上分析驗(yàn)證了其帶寬不變而僅調(diào)節(jié)中心頻率的頻率捷變特性。為了實(shí)現(xiàn)其理論模型,本文再提出了一種同步可調(diào)諧振器。此諧振器可提供電耦合和磁耦合物理結(jié)構(gòu)。其耦合量的大小以及耦合量隨頻率變化的規(guī)律可以被預(yù)先設(shè)定。為了驗(yàn)證其可行性,設(shè)計(jì)了三個四階頻率捷變?yōu)V波器實(shí)例,用以分別實(shí)現(xiàn)同步調(diào)頻,帶寬不變的電耦合和帶寬不變的磁耦合可調(diào)濾波器。測量結(jié)果表明,此四極點(diǎn)可調(diào)濾波器實(shí)例擁有帶寬不變特性和四個傳輸零點(diǎn)的高選擇性可調(diào)帶通響應(yīng)。本固定帶寬四階全范數(shù)可調(diào)濾波器為首次報道。5.提出一種具有濾波響應(yīng)的功分器和其對應(yīng)的耦合矩陣綜合設(shè)計(jì)方法。本文建立基于濾波器耦合矩陣的濾波功分器的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算驗(yàn)證了其理想的功分特性和端口隔離特性,并且提出了基于耦合矩陣的功分器設(shè)計(jì)方法。此種設(shè)計(jì)方法可應(yīng)用于耦合饋電型的濾波器結(jié)合威爾金森功分器的綜合設(shè)計(jì)當(dāng)中。為驗(yàn)證所提出的數(shù)學(xué)模型,研制出了單通道二階雙零點(diǎn),單通道四階四零點(diǎn),雙通帶二階四零點(diǎn),不同功分比單通道二階雙零點(diǎn),單通道二階雙零點(diǎn)電調(diào)中心頻率,不等功分比二階雙零點(diǎn)電調(diào)中心頻率的六個功分濾波器。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果都進(jìn)一步證明了此設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用于二階/高階,單通道/多通道,等功分比/不等功分比,固定/可調(diào)的濾波功分器設(shè)計(jì)當(dāng)中。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN713
【圖文】：

６５％－８０％的射頻前端電路面積，并且引入３－６ｄＢ的射頻損耗可以預(yù)見，若采用??低損耗電調(diào)濾波器和電調(diào)多工器代替天線與單片集成前端之間的濾波器組和多工??器組，十四個獨(dú)立的濾波器和兩個開關(guān)整列將會減少為兩個可調(diào)濾波器，如圖１－??２。同時，獨(dú)立的多個功率放太器可以通過一個寬帶的放大器代替。從而，整個難??以集成的濾波組件和放大器組電路體積將會大大減小，其引入的損耗也將會有所??改善■〇由此可見，可調(diào)濾波器的開發(fā)對于下一代無線通信和無線探測等有著至關(guān)重??要的意義。??￣可?為??ｉｃ??ｉｃ?ｖ??ｗ?ｙ??｛——１??ｃ??圖１－２可調(diào)濾波器代替濾波器組示意圖??此外，新出現(xiàn)的認(rèn)知無線電技術(shù)能夠更有效地利用有限的頻譜資源，其通過射??頻信骨識別所需頻段并且自我決定和調(diào)節(jié)所需工作頻段［３－５］。不同于傳統(tǒng)的無線系??統(tǒng)，這種系統(tǒng)不會固定頻率工作，而懸工作在可調(diào)的工作通帶中《使用開關(guān)濾波器??組來選頻必然使得整個系統(tǒng)異常龐大復(fù)雜。因此，可調(diào)濾波器的開發(fā)也極大影響著??認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)展。??另外，新型通信技術(shù)：載波聚合系統(tǒng)，能夠把當(dāng)前的移動通信帶寬提升高達(dá)１００??ＭＨｚ

較為低的插入損耗。不過也正謂如此，機(jī)械可調(diào)濾波器的調(diào)節(jié)速度極慢，體??積龐大，在某些領(lǐng)域已經(jīng)逐步被電調(diào)或磁調(diào)濾波器所代替。??圖１－３給出兩種常見的同軸和波導(dǎo)腔機(jī)械可調(diào)濾波器�？梢钥吹剑ㄟ^機(jī)械調(diào)??節(jié)濾波器中諧振器或者諧振腔的長短大小從而改變諧振器的諧振頻率，進(jìn)而重構(gòu)??濾波器的頻率響應(yīng)。??ｖＣＯＵＰＵＮＱ?ＩＲＩＳＥＳ?ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ?ＯＪＭＥＮＳＩＯＮＳ?－?ｏ?ＷｆｌＯＥ．?ｕ?ＬＯＭ６?■?．Ｂ?ｍｅｎ??＾???ｙ?—?ｊ???ｆ，?｜?＃ＡＬｔ．Ｓ？??ｈ?Ｈ?Ｈ?＾?丄爺—??（ａ）?（ｂ）??圖１－３兩種典型的機(jī)械調(diào)節(jié)濾波器虬⑷同軸機(jī)械調(diào)節(jié)濾被器；（ｂ）波導(dǎo)機(jī)械調(diào)節(jié)??濾波器??此外，機(jī)械可調(diào)濾波器受益于非常高的外部加載品質(zhì)因數(shù)，主要應(yīng)用于頻率較??高或者通帶較窄，對調(diào)節(jié)時間沒有苛刻要求的系統(tǒng)中，圍此近年來依然有對機(jī)械可??調(diào)濾波器研宄的報道。例如，文獻(xiàn)［９］報道了一種圓形基片集成波導(dǎo)諧振器，通過調(diào)??節(jié)嵌入中間的調(diào)節(jié)銅柱位置，改變整個諧振器的諧振頻率。利用此諧振器構(gòu)成的二??階可調(diào)濾波展現(xiàn)出很好的頻率重構(gòu)特性，此濾波器Ｘ作在〗２－１５?ＧＨｚ之間，并且。??有著相對優(yōu)秀的僅僅２．８?ｄＢ的插入損耗特性。??文獻(xiàn)［１０］介紹了一種高選擇性的窄帶機(jī)械調(diào)節(jié)四通道雙工器

圖１－４?Ｋｕ波段的基片集成波導(dǎo)機(jī)械ＩＴ調(diào)濾波器？

本文編號：2850524