微带小型化可调滤波器及功分器的研究与设计

作     者：胡森稳 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱国明

授予年度：2022年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 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：可调滤波器 功分器 阶跃阻抗谐振器 微带线 小型化 

摘      要：随着无线通信技术及应用的不断发展,频谱资源日益紧缺,提高频谱资源的利用率成为研究热点。可调或可重构射频器件通过在电路中引入可调谐元件,以应对不同频段的通讯信号,实现了频谱资源的高效利用,使通信设备更加便携化和小型化,广泛应用于多频带通信系统。滤波器作为射频系统的关键器件之一,用于选取有用信号、抑制噪声信号,可以提高系统抗干扰能力;功率分配器实现功率的合成或分配,在相控阵射频电路中具有重要作用。因此,研究可调滤波器和功率分配器对提高频谱资源利用率和减小射频系统尺寸具有重要意义。本文首先分析了固定频率滤波器耦合系数和外部Q值的提取方法,并基于微带线设计了一款具有多个传输零点的带通滤波器。测试结果表明,该滤波器中心频率为14.25GHz,通带范围为14～14.5GHz,通带内插入损耗优于-4d B,回波损耗优于-10d B。该滤波器将二分之一波长开路谐振器折叠成开口环形,不仅减小了电路尺寸还引入了交叉耦合,通带两侧共产生4个传输零点,具有良好的频率选择性。其次,分析了阶跃阻抗谐振器的基本结构和原理,研究了发夹型阶跃阻抗低通滤波器的结构,设计了一个基于发夹型阶跃阻抗谐振器的2阶低通滤波器。该滤波器的-3d B截止频率为6GHz,具有较低的通带插入损耗。接着完成了一个基于变容二极管的可调低通滤波器设计,该滤波器的-3d B截止频率在2.59～4.01GHz范围内连续可调,且带外出现两个传输零点,提高了滤波器的阻带抑制能力和频率选择性。最后,对低通滤波器的功能进行了拓展,设计了一款具有低通响应的滤波功分器,并分析了阶跃阻抗谐振器的阻抗比和隔离电阻对该滤波功分器性能的影响。进一步提出了一个可调滤波功分器的设计,电磁仿真结果表明,在调整变容二极管的偏置电压时,该滤波功分器中心频率基本在5.5GHz保持不变,输入回波损耗优于-15d B的工作带宽在2.22～3.61GHz范围内连续可调,这表明该滤波功分器具有良好的适应性。