电磁波射频功分滤波电路建模与设计

作     者：钱振耀 

作者单位：南京师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张钢

授予年度：2020年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：拓扑模型 谐振单元 建模分析 加工测试 功分滤波器 

摘      要：现代无线和移动通信系统的飞速发展,对电磁波射频器件提出了高度集成化、多功能化的要求。为了适应这一趋势,功分滤波器作为一种多功能集成器件,不仅可以作为功率分配器提供功率分配功能,还可以作为滤波器提供频带选择功能,越来越受到人们的关注。本文旨在研究电磁波射频功分滤波电路的建模与设计,具体内容主要包括功分滤波网络拓扑模型新构建研究、功分滤波网络单元设计研究以及新型高性能功分滤波电路综合设计。借助微波电路相关理论,深入开展功分滤波网络新型拓扑理论与设计研究,通过理论建模分析、全波电磁仿真、实验验证,探索功率分配功能植入滤波网络的实现机理,为用于高性能射频前端系统功分滤波电路设计提供可靠的理论依据、高效高精度的建模方法、新型耦合拓扑模型、谐振单元分析以及一系列经过仿真与实验验证的新型功分滤波电路原型。论文的主体内容概括如下:1.提出了一种适合奇数及偶数路输出端口的多路功分滤波电路的通用拓扑（即星型多路拓扑）模型及其设计。在该星形多路拓扑的基础上,设计了两款多路功分滤波电路,分别为三路输出和四路输出。通过推导理论方程,制定设计步骤,进行三维建模仿真,以及加工与测试实物,验证了这两款设计的有效性。该拓扑结构十分灵活,通过设计不同的谐振单元,可进一步扩展到其他新颖的多路功分滤波电路设计。2.提出了一种新型单路公用双侧耦合拓扑模型及其设计,有效改进了传统功分滤波电路的结构与性能。基于该拓扑模型,设计了两款多路功分滤波器,分别为宽带四路以及双通带四路功分滤波器,并推导了理论方程,提供设计步骤,同时进行了三维建模仿真、加工和实物测试,验证了该设计的有效性。该拓扑结构具有灵活性,通过改进谐振单元以及合理分配其谐振模式,在同一电路原型上通过调节相关尺寸,可以实现不同的电路性能,即单通带（宽带）和双通带性能。3.提出了功分滤波功能植入的新型电磁耦合传输拓扑模型及其设计。该拓扑的开发利用了开路λ/2微带传输线的电压分布特性,基于该拓扑模型设计了两款结构简单,性能优越的功分滤波电路。第一款为两个通带相离的功分滤波电路,其两个通带之间设置有3个传输零点,实现了通带之间较远的分离。第二款电路为功分滤波双工器,其本质上是两个工作在不同频段的功分滤波器的集成。通过三维建模仿真、加工和测试实物,验证了这些设计的有效性。