電調濾波器廣泛應用于防跟蹤跳頻通信、多波段通信、雷達、電子對抗和軟件定義無線系統(tǒng),其性能的好壞直接影響著整個無線通信系統(tǒng)的質量。介質諧振器帶通濾波器具有體積小、溫度穩(wěn)定性高和結構穩(wěn)定等優(yōu)點,是基站、手持機和車載臺等通信設施中倍受青睞的微波元器件之一,但電調介質諧振器帶通濾波器的研究和報道相對較少,本文在這方面進行大膽嘗試并試圖填補一些空白,研究帶寬恒定的電調介質濾波器,研究中心頻率和帶寬均可調的電調介質濾波器,研究壓電換能器電調介質諧振器和介質濾波器,其中有些電調介質濾波器的結構屬于首次提出。本文針對電調介質諧振器帶通濾波器,開展深入的理論研究和實驗驗證,論文的主要創(chuàng)新性工作和結果如下:1、首次采用同軸介質諧振器和微帶線構成復合型階躍阻抗諧振器(CSIR),這種獨特的結構能夠控制復合諧振器間的電耦合和磁耦合的強弱,實現(xiàn)混合耦合,并對這種耦合結構進行了電磁耦合分析,并用這種結構實現(xiàn)了恒定絕對帶寬的電調介質濾波器和恒定相對帶寬的電調介質濾波器。采用漸進空間映射技術進行優(yōu)化濾波器的結構參數(shù)。用阻抗比大于1的CSIR設計了恒定絕對帶寬的電調介質濾波器,制作了實物,變容管偏壓0-10V時,電調范圍0.67～0.98GHz,絕對帶寬的變化為42～47MHz。用阻抗比小于1的CSIR設計了恒定相對帶寬的電調介質濾波器,制作了實物,變容管偏壓0-10V時,電調范圍0.43～0.78GHz,相對帶寬的變化為6.4%～6.8%。兩種濾波器均達到了設計要求。并與國外最新成果進行了比較。2、探討了帶寬可調介質濾波器的耦合結構,提出在入/4同軸介質諧振器之間加可變電容器的方法實現(xiàn)帶寬可調,并推導出通帶帶寬和中心頻率可調介質濾波器的耦合系數(shù)與可變電容的關系式。設計和實現(xiàn)了三種不同帶寬特性的電調介質濾波器:一種以電容為輸入輸出耦合的帶寬逐漸增大的可調濾波器,且各頻率點的帶寬可調,另兩種分別是以電感為輸入輸出耦合的絕對帶寬恒定電調濾波器和相對帶寬恒定的電調濾波器。采用空間映射技術優(yōu)化恒定帶寬所需耦合元件的參數(shù)值。三種電調濾波器均制作了實物,實測結果表明:中心頻率可調范圍為550～850MHz,固定調頻變容管偏壓,帶寬可調范圍為42～～70MHz和72～100MHz;同時控制調頻變容管和調耦合變容管的偏壓可實現(xiàn)恒定絕對帶寬,81MHz(中心頻率調諧范圍550～806MHz),和恒定相對帶寬,15%(中心頻率調諧范圍537～860MHz)。并與國外最新成果進行了比較。3、從理論上分析了壓電換能器調諧介質諧振器的原理。設計和實現(xiàn)了壓電換能器電調TE模介質諧振器和TE模介質濾波器。采用壓電雙片和介電常數(shù)為45的介質諧振器制作了實物,實測結果分別是:壓電換能器調諧介質諧振器的諧振頻率為4.1073GHz,當電壓從-27V調到27V,頻率變化量從-16MHz變到24MHz,頻率呈線性變化,有載QL值從2850變化到2400,并與金屬桿諧振介質諧振器作了比較。當電壓0V調到50V時,壓電換能器電調介質濾波器的中心頻率可調范圍:4.155～4.205GHz,通帶特性變化較小。4、采用漸進空間映射技術優(yōu)化了可調介質濾波器的結構參數(shù)和耦合元件的參數(shù),以實現(xiàn)不同帶寬特性的電調濾波器。在粗模型中,以中心頻率作參變量,選擇優(yōu)化算法,使濾波器的帶寬(絕對或相對帶寬)在各個頻率處都保持恒定,細模型只需驗證結構參數(shù),參數(shù)提取時,不需要提取頻率的變化值,提高了優(yōu)化速度。在建模方面,采用LC并聯(lián)諧振電路作為可調元件加載介質諧振器(或復合諧振器)的粗模型,優(yōu)化速度很快,只需精細模型2～4次迭代,便得到細模型的最優(yōu)值。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN713
【部分圖文】：

器的設計方法；研宄了中心頻率和帶寬同時可調的同軸介質濾波器的耦合結構和帶寬??控制方法；設計和制作了小型化的六路介質濾波器組；探討了壓電換能器調諧介質諧??振器和濾波器的結構。本文的整體設計框架如圖１．１所示。??漸進空間映射￣｜電調介質諧振器濾波器空間映射優(yōu)化理論Ｈ漸進空間映射優(yōu)化??優(yōu)化理論?ｊ［?｜?的兩個實例??電調介質諧振器帶通濾波器的設計與優(yōu)化??１恒定帶寬電調介質濾波器?中心頻率和帶寬可調的?壓電換能器??￣ｙ?＾?—?介質帶通濾波器?電調介質濾波器??，／?＼?＾?＇?／?Ｘ??恒定恒定帶寬絕對帶寬相對帶寬電調介質電調介質??絕對帶寬相對帶寬逐漸增大恒定恒定諧振器濾波器??圖１．１本文的組織框架??本文的主要工作包括兩大部分：第１部分為介質諧振器帶通濾波器空間映射優(yōu)化??理論；第２部分為電調介質諧振器帶通濾波器的設計與優(yōu)化，第１部分是優(yōu)化理論，??用于第２部分的具體結構中，第２部分是多種電調濾波器的實現(xiàn)，是第１部分的理論??應用和創(chuàng)新。大致內容如下：??（１）

２．?２．?１介質諧振器的工作原理??微波介質諧振器的工作原理是將高頻（微波）電磁波引入電介質中，高介電常數(shù)??的介質界面與導體壁有類似特征，能使電磁波在電介質與自由空間的界面發(fā)生完全??的或近似完全的反射，形成駐波而產(chǎn)生振蕩，等效為并聯(lián)諧振電路［５Ｕ，如圖２．?２所示??｜Ｌｒ?＝＝Ｃｒ?［ｊ］Ｒ０??Ｏ??圖２．２介質諧振的等效電路??從物理意義上講，當電磁波在具有兩種不同介電常數(shù)介質的分界面上產(chǎn)生全反射??。器也可成是兩端開路的??

博士學位論文?電調介質諧振器帶通濾波器的研究??矩形、圓柱形和環(huán)形，如下圖２．１所示，??」￣Ｔ?＝?＿?ｆ?丨丨?１?—?—?—?－?一?—?■一??—一－一一?ｉ?／?＿?＿?＿?Ｉ?－．－????２ａ??－Ｉ?Ｉ－??２ａ??？??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??圖２．１介質諧振器的形狀（ａ）矩形，（ｂ）圓柱形，（ｃ）環(huán)形??２．?２．?１介質諧振器的工作原理??微波介質諧振器的工作原理是將高頻（微波）電磁波引入電介質中，高介電常數(shù)??的介質界面與導體壁有類似特征，能使電磁波在電介質與自由空間的界面發(fā)生完全??的或近似完全的反射，形成駐波而產(chǎn)生振蕩，等效為并聯(lián)諧振電路［５Ｕ，如圖２．?２所示??｜Ｌｒ?＝＝Ｃｒ?［ｊ］Ｒ０??Ｏ??圖２．２介質諧振的等效電路??從物理意義上講，當電磁波在具有兩種不同介電常數(shù)介質的分界面上產(chǎn)生全反射??并在介質中形成純駐波時便構成了諧振器。因此介質諧振器也可以看成是兩端開路的??一段介質波導，其中的振蕩模式與介質波導中的模式相對應，有無限多個振蕩模式。??但由于在介質諧振器兩端的介質空氣分界面外部的場不為零，而是按指數(shù)規(guī)律在空氣??中逐漸衰減的
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本文編號：2862221