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无额外匹配网络的高隔离度双工器研究

无额外匹配网络的高隔离度双工器研究

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作者：刘望华东交通大学

学位级别：硕士

无线通信技术的快速发展与更迭,无形中对通信系统中射频前端电路的小型化、集成化和性能（隔离度、边带选择性）要求越来越高。双工器作为射频前端一个三端口器件扮演着对发射与接收端信号进行分离和滤波的重要角色。通常,双工器的匹配... 详细信息

无线通信技术的快速发展与更迭,无形中对通信系统中射频前端电路的小型化、集成化和性能（隔离度、边带选择性）要求越来越高。双工器作为射频前端一个三端口器件扮演着对发射与接收端信号进行分离和滤波的重要角色。通常,双工器的匹配网络与滤波单元分开设计,滤波单元之外的匹配网络会占用一定的电路体积。因此,设计无匹配网络的双工器具有十分重要的意义。论文基于复合谐振器及改进耦合型谐振器,研究了无额外匹配网络双工器设计理论,提出了基于滤波结构中开路、短路枝节及J变换器的新型无额外匹配网络双工器设计方法,并设计了三类双工器来验证。本文的主要工作和创新点有:（1）基于复合谐振器中开路枝节产生传输零点的原理,提出了一种无额外匹配网络的双工器设计方法。该方法利用其中一个通道的开路枝节在双工器另一通道中心频率产生传输零点。经过开路枝节与J变换器的阻抗变换,就能够使设计好的带通滤波器直接与公共端口相连,保证良好滤波特性的同时实现了优异的隔离特性。仿真和测试结果表明所设计的双工器隔离度优于40d B。此外,还研究了基于PIN二极管和低通滤波器的无额外匹配网络的宽阻带可切换双工器。（2）为进一步改善基于传统复合谐振器的双工器上阻带和下阻带特性,提出了一种改进型复合谐振器式滤波器。通过将传统复合谐振器间的?/4微带传输线用缝隙耦合替换,同时将均匀阻抗开路枝节改进为阶梯阻抗开路枝节,实现了这一新型双工器。利用改进型复合谐振器开路枝节产生传输零点的方法分别设计了两阶和三阶双工器,仿真和测试结果显示双工器的隔离度分别优于40d B和59d B。此外,在两阶双工器J变换器中加载PIN二极管来实现每个通道的独立切换,增加所设计双工器的应用范围。（3）基于嵌入短路枝节谐振器,提出了一种无匹配网络的耦合型双工器。双工器的每一个滤波通道具有新颖的耦合方式和三个传输零点,其中传输零点分别由开路和短路枝节产生。根据电路阻抗变换理论,推导了构成无额外匹配网络双工器的条件并设计了一个基于混合开路和短路枝节的无额外匹配网络双工器。电路仿真和测试结果表明该双工器的每个通道具有丰富的传输零点和良好的边带选择性,并且隔离度高于45d B。

关键词：复合谐振器改进型复合谐振器嵌入短路枝节谐振器双工器隔离度

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