小型化微帶諧振器濾波器的設(shè)計(jì)

1、南京郵電學(xué)院碩士學(xué)位論文小型化微帶諧振器濾波器的分析與設(shè)計(jì)姓名：鄧哲申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)指導(dǎo)教師：朱洪波;程崇虎20050701摘要近年來，隨著無線通信技術(shù)的不斷迅速發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)射頻收發(fā)端提出了越來越高的要求。而微波濾波器作為系統(tǒng)中廣泛使用的一種十分重要的無源器件，它的性能好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣。微帶濾波器具有尺寸小、重量輕、成本低、易加工的優(yōu)點(diǎn)，在微波平面電路甚至微波集成電路中得以廣泛應(yīng)用。微帶濾波器的種類和實(shí)現(xiàn)形式多種多樣，小型化高性能的微帶諧振器濾波器在實(shí)際使用中最為常見。本文分別以幾種常用的微帶諧振器濾波器為研究對(duì)象。進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。論文的研究工作主要集中

2、在以下幾個(gè)方面：微帶發(fā)央型諧振器濾波器的實(shí)驗(yàn)研究。使用了幾種不同的發(fā)央型諧振器和不同禍合方式分別設(shè)計(jì)了三階和四階的帶通濾波器，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這幾種濾波器進(jìn)行了分析研究，得到了一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。三角形微帶貼片濾波器的改進(jìn)設(shè)計(jì)。在對(duì)原有三角形微帶濾波器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)措腌。實(shí)驗(yàn)和測(cè)量結(jié)果均表明改進(jìn)后的濾波器克服了原有的缺陷，性能得到很大改善，可以得到廣泛應(yīng)用。提出了幾種新型的雙模微帶諧振器濾波器。以雙模微帶諧振器的模式分析為基礎(chǔ)，分別使用方形、圓形貼片諧振器和曲折環(huán)諧振器設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)新穎的雙模濾波器。進(jìn)一步，本文獨(dú)創(chuàng)性地提出了一種以多模方式工作的微帶方形貼片寬帶濾波器

3、。最后總結(jié)全文，展望微波濾波器的發(fā)展前景。對(duì)當(dāng)前濾波器設(shè)計(jì)的一些熱門技術(shù)領(lǐng)域如、工藝等做了簡(jiǎn)介。關(guān)鍵詞：微波濾波器微帶線發(fā)夾型諧振器雙模諧振器，（），（），：，。，。，：南京郵電學(xué)院碩士學(xué)位論文摘要學(xué)科、專業(yè)：工學(xué)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)研究方向：無線通信與電磁兼容作者：二絲級(jí)研究生鄧哲指導(dǎo)教師筮送遮墨塞虐題目：小型化微帶諧振器濾波器的分析與設(shè)計(jì)英文題目：主題詞：微波濾波器微帶線發(fā)夾型諧振器雙模諧振器：。本課題獲國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助（）南京郵電學(xué)院學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不

4、包含其他入已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京郵電學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：日期南京郵電學(xué)院學(xué)位論文使用授權(quán)聲明南京郵電學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)南京郵電學(xué)院研究生部辦理。研究生簽名：導(dǎo)師簽名：量墮苧墮！塑堡主嬰塞蘭蘭

5、絲堡皇笙二蘭墮堡第一章緒論微帶濾波器簡(jiǎn)介近年來，伴隨著移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)和遙感技術(shù)的不斷迅速發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)射頻收發(fā)端提出了越來越高的要求。而微波濾波器】【】作為系統(tǒng)中廣泛使用的無源器件之一，它的性能好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣。濾波器的根本功能在于抑制不需要的頻段信號(hào)，而使需要的頻段信號(hào)順利通過。從長(zhǎng)波、中波經(jīng)微波、毫米波直到光波的所有波段都需要濾波器。微波濾波器還能替代其它一些微波元件的功能，例如實(shí)用中常把幾個(gè)濾波器組合成雙工或多工器，以分離或迭加信號(hào)；或者把另外一些微波元件看成微波濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如定向耦合器、阻抗匹配器、時(shí)延網(wǎng)絡(luò)等等。微波濾波器的種類繁多，按照所用傳輸線的類型

6、來分，就可分成波導(dǎo)濾波器、同軸腔濾波器、微帶線濾波器、帶狀線濾波器等。微帶濾波器和波導(dǎo)、同軸線等微波濾波器的主要區(qū)別僅在于傳輸線形式的不同。在主要特點(diǎn)方面，例如采用半集中參數(shù)或分布參數(shù)結(jié)構(gòu)是相同的，因此有關(guān)微波濾波器的一些基本概念和基本設(shè)計(jì)方法對(duì)微帶濾波器也適用。波導(dǎo)、同軸線等腔體濾波器因具有優(yōu)越的性能指標(biāo)而在各類微波系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，但是成本高、體積大、重量大、難以集成化等缺點(diǎn)使其難以應(yīng)用到小型化的系統(tǒng)中。微帶濾波器【】【】則因其尺寸小、重量輕、成本低、易加工而在微波平面電路甚至微波集成電路中得以廣泛應(yīng)用。考慮到微帶線半丌放式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)，損耗大誠然是一個(gè)缺點(diǎn)，但通過精心選擇介質(zhì)基片材料，

7、不斷改進(jìn)加工工藝，提高制作精度，已經(jīng)可以將其明顯降低。微帶濾波器的由來理想的濾波器應(yīng)該是這樣一種二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示：在通帶范圍內(nèi)它能使信號(hào)完全傳輸，而在阻帶范圍內(nèi)它使信號(hào)完全不能傳輸。然而在實(shí)際工程中，我們只能設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能接近理想濾波特性的濾波器，并用參數(shù)來描述它的性能。圖濾波器等效二端網(wǎng)絡(luò)低頻模擬電路中的濾波器是由串并聯(lián)諧振回路構(gòu)成的，其特點(diǎn)是電感、電容、電里塞墮皇蘭墮堡主墅窒圭蘭垡堡蘭苧二童墮堡阻等電路元件均為集總參數(shù)，其尺寸遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，因此信號(hào)通過濾波器時(shí)電磁波傳播的幅度和相位可以看成是不變的。但是在微波波段，隨著頻率的升高，特別是當(dāng)工作波長(zhǎng)與元件尺寸可以相比擬（即電長(zhǎng)度較大）的

8、時(shí)候，就必須考慮到電磁波幅度與相位的變化，這時(shí)集總元件濾波器將失去原有特性。在這種情況下就要使用分布參數(shù)濾波器來代替。微帶線就是一種常用的分布參數(shù)，它使得濾波器的設(shè)計(jì)由集總參數(shù)擴(kuò)展到分布參數(shù)的領(lǐng)域。微波電路的理論與低頻電路的理論是不一樣的，必須用電磁場(chǎng)的理論來處理。微帶濾波器的綜合設(shè)計(jì)方法最常見的是插入損耗法【】【】，它的基本步驟大致如下所述。首先根據(jù)給定指標(biāo)確定低通原型濾波器的集總參數(shù)值，然后經(jīng)過阻抗變換實(shí)現(xiàn)與信號(hào)源和負(fù)載的匹配，再經(jīng)過頻率變換實(shí)現(xiàn)要求的通帶形式。最后把集總參數(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的分布參數(shù)用微帶線來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過程是由變換來實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)設(shè)計(jì)流程如圖所示，圖給出一個(gè)集總參數(shù)低通濾波器用分

9、布參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的例子，由網(wǎng)絡(luò)變?yōu)楦叩妥杩棺儞Q微帶線的形式。其中，串聰電感可用高阻微帶短線來實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)電容可用低阻微帶短線來實(shí)現(xiàn)。圖插入損耗法的設(shè)計(jì)流程圖們圖集總參數(shù)濾波器轉(zhuǎn)化為分布參數(shù)的微帶線低通濾波器在上述設(shè)計(jì)步驟中，最關(guān)鍵也是最難的一步是用分布參數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn)集總元件參數(shù)的濾波器，特別是在串并聯(lián)諧振回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下。所以用開路、短路短截線級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的微帶濾波器極為少用。但是依據(jù)這種基本理論衍生而出的其它多種設(shè)計(jì)過程和結(jié)構(gòu)形式卻得以在實(shí)際中廣泛使用。微帶濾波器的主要指標(biāo)微帶濾波器設(shè)計(jì)中需要考慮的一些主要指標(biāo)列在下面，可根據(jù)圖中的濾波器指標(biāo)示意圖進(jìn)行對(duì)照。！型宴學(xué)院碩士研究生學(xué)位論文第一章緒

10、論：嚴(yán)格意義上來說，帶寬又可以劃分為噪聲帶寬、帶寬、奈奎斯特帶寬、滾降系數(shù)帶寬等若干種，使用時(shí)要明確加以區(qū)分。在本文的微波濾波器設(shè)計(jì)中一般所指均為帶寬，即通帶衰減達(dá)到時(shí)對(duì)應(yīng)的上下限截止頻率和正之間的寬度，相對(duì)帶寬定義為絕對(duì)帶寬與中心頻率五的比值，表達(dá)式如下。船：量五，：在電路中由于插入濾波器所導(dǎo)致的信號(hào)損耗，用￥參數(shù)來定量描述，以為量度單位，定義式為四，。與帶寬相對(duì)應(yīng)，一般認(rèn)為通帶插損不超過。對(duì)阻帶衰減的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，一般認(rèn)為至少大于。：用參數(shù)來定量描述，以為量度單位，定義為反射功率與輸入功率己的比值再取對(duì)數(shù)，即）魯?；夭〒p耗表征了通帶內(nèi)的駐波特性，與外部電路的匹配狀況，一般認(rèn)為至少要大于。：

11、濾波器的品質(zhì)因數(shù)描述了濾波器的頻率選擇性，定義為在諧振頻率點(diǎn)時(shí)，平均儲(chǔ)能與每周期損耗能量的比值，它的表達(dá)式如下式。平均儲(chǔ)能。葡葫甜蓮藤一品質(zhì)因數(shù)分為加載品質(zhì)因數(shù)。、濾波器固有品質(zhì)因數(shù)，和外部品質(zhì)因數(shù)鯨三種情況，它們之間有如下關(guān)系?！?。萄蒜西西西：為滿足濾波器規(guī)格而通常必須連接到濾波器的輸出終端的阻抗，在實(shí)際工程中多數(shù)情況下取歐姆。：用于描述頻率響應(yīng)曲線在濾波器通帶內(nèi)的變化，定義為通帶內(nèi)頻率響應(yīng)曲線上幅度的最大值與最小值之差。群時(shí)延：微波濾波器做為時(shí)延網(wǎng)絡(luò)當(dāng)信號(hào)通過時(shí)相位要發(fā)生變化。插入相移辦是頻率的函數(shù)，插入相移頻率特性曲線的斜率就稱為群時(shí)延，定義式為善。當(dāng)通帶內(nèi)的相移特性具有線性相位時(shí)，群時(shí)

12、延恒定；否則信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生畸變量墮墮墮塑塑墅生蘭墮窶竺蘭墼一蔓二蘭墮堡意生熏蔗：由于微波濾波器采用的是分布參數(shù)元件，頻率響應(yīng)具有周期性，隨著工作頻率的升高，這些元件的感性和容性將發(fā)生轉(zhuǎn)化，故在阻帶中又會(huì)出現(xiàn)通帶。這種通帶就是寄生通帶。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量消除寄生通帶，或使之遠(yuǎn)離需要抑制的頻段。磚輸毒點(diǎn)：傳輸零點(diǎn)又叫衰減極點(diǎn)或者陷波點(diǎn)，是指從通帶到阻帶過渡段中一個(gè)明顯的下陷點(diǎn)傳輸零點(diǎn)的出現(xiàn)意味著濾波器的帶外抑制能力非常好。圖中的陰影處所注明的地方即為傳輸零點(diǎn)。 圖濾波器的指標(biāo)分析示意圖微帶濾波器的分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，微帶濾波器的分類多種多樣。按基本功能分類，有低通、高通、帶通、帶阻四種基本類型，每一種

13、類型都可以由其對(duì)應(yīng)的低通原型通過頻率變換轉(zhuǎn)化而來。按照實(shí)現(xiàn)的傳遞函數(shù)可以分為（巴特沃茲）、（切比雪夫）、（橢圓）、（高斯）、（貝塞爾）等類型，其中前三種較為常用。濾波器又稱為最大平滑度濾波器，就是說它的頻率響應(yīng)曲線非常平滑，也正因?yàn)槿绱送◣У阶鑾У倪^渡段很難做的很陡峭。濾波器的設(shè)計(jì)理論來源于多項(xiàng)式，它的頻率響應(yīng)曲線的特點(diǎn)是在通帶內(nèi)產(chǎn)生等幅的波紋。由于濾波器的設(shè)計(jì)相對(duì)于濾波器需要更多的部件，因而具有比較陡峭的通帶到阻帶過渡段。橢圓函數(shù)濾波器又叫考爾濾波器，它的頻率響應(yīng)曲線在通帶和阻帶內(nèi)都具有波紋，能實(shí)現(xiàn)最陡峭的過渡段，因而它的帶外抑制能力最強(qiáng)。上述幾種傳遞函數(shù)都是按照濾波器的幅度特性進(jìn)行分類的，

14、但是有些場(chǎng)合要求濾波器通帶內(nèi)具有線性相位防止信號(hào)失真。線性相位濾波器對(duì)通帶內(nèi)的相位響應(yīng)函數(shù)有專門的要求。一般來說，通帶的帶外抑制能力和帶內(nèi)相位的線性度是一對(duì)矛盾。按照濾波器對(duì)輸入能量的處理方式分為吸收型濾波器和反射型濾波器本文中所討論的都是反射型濾波器，即在理想情況下通帶頻段以外的信號(hào)將被反射回信號(hào)源去。量墮墮墮塑堡塑生墅！堡蘭堡絲塞蘭二蘭塑堡按照微帶濾波器實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式，包括平行耦合線濾波器、梳狀線濾波器、交指線濾波器和發(fā)夾型濾波器等多種形式以及在此基礎(chǔ)上靈活的變形。平行耦合微帶線濾波器【】【】做為出現(xiàn)較早的一種濾波器，由于其簡(jiǎn)單易行的設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來受到了廣泛的關(guān)注。它是由若干個(gè)平行耦合節(jié)沿水

15、平方向依次級(jí)聯(lián)而成的。其中單節(jié)平行耦合微帶線是構(gòu)成整個(gè)濾波器的基本單元【，對(duì)單節(jié)平行耦合微帶線的設(shè)計(jì)就構(gòu)成了整個(gè)濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。圖給出了作者設(shè)計(jì)的一個(gè)工作于波段的平行耦合線微帶濾波器的實(shí)物照片，仿真與測(cè)量結(jié)果如圖所示。 圖波段平行耦臺(tái)微帶線帶通濾波器實(shí)物照片（圖波段平行耦臺(tái)微帶線帶通濾波器的仿真與測(cè)量頻率特性圖中的平行耦臺(tái)線濾波器的尺寸為。由圖的頻率特性曲線可以看出，濾波器通帶內(nèi)衰減都小于，駐波特性也較為滿意，從而保證了端口的匹配。從圖中還可以看出該濾波器的通帶一阻帶過渡段比較陡峭。針對(duì)上述設(shè)計(jì)中存在易受到高次諧波干擾的問題，近兩年來一些文獻(xiàn)】一對(duì)平行耦合線濾波器做出了改進(jìn)設(shè)計(jì)。例如可以在平

16、行耦合節(jié)上采用過耦合措施【】、丌一系列的凹槽【】或者加曲線環(huán)、圓環(huán)諧振器【】等，可以在濾波器上面覆蓋介質(zhì)層，這些方法經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證都能有效地克服原有缺陷，有效地抑制了高次諧波分量。梳狀線【】和交指線形式【】【】的微帶濾波器基本結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖、圖所示：一只五階的梳狀線濾波器（），采用抽頭線饋電方式；一只五階的交指線濾波器（），采用平行禍合線的饋電方式。梳狀濾波器是依靠各量墮塑墜壁墅型塑主塑塑竺型塞笙二蘭墮堡級(jí)諧振線之間的逐級(jí)耦合實(shí)現(xiàn)其濾波特性的，可以由微帶線制成，一般使用四分之波長(zhǎng)諧振器。諧振器的端通過過孔接地：另一端可以保持開路，也可以通過電容后接地，通過電容能夠有效地減小諧振器的長(zhǎng)度。交指

17、濾波器與梳狀濾波器的主要區(qū)別在于設(shè)置接地過孔的相對(duì)位置不同。另外，圖和圖所示的兩種濾波器均為本實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量都取得了滿意的性能指標(biāo)。圖梳狀線濾波器結(jié)構(gòu)示意圖圖交指線濾波器結(jié)構(gòu)示意圖 圖本實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu)示意圖幽本實(shí)驗(yàn)室自主毆計(jì)的濾波器實(shí)物照片仿真軟件與測(cè)量?jī)x器簡(jiǎn)介本文設(shè)計(jì)中所使用的仿真軟件為和，它們?cè)谟糜诰S微波平面電路的仿真時(shí)具有方便可靠的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量?jī)x器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。下面分別對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。仿真軟件（）是基于矩量法仿真的軟件，是在系列軟件基礎(chǔ)上發(fā)展完善起來的大型綜合設(shè)計(jì)軟件，是安捷倫公司開發(fā)的大型綜合設(shè)計(jì)軟件，為系統(tǒng)和電路工程師提供一個(gè)開發(fā)各種形式射頻設(shè)計(jì)的

18、平臺(tái)。做為套強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，可以模擬整個(gè)通信系統(tǒng)，完成小至元器件，大到系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和分析。它把廣泛的經(jīng)過驗(yàn)證的射頻、混合信號(hào)和電磁設(shè)計(jì)工具集成到個(gè)靈活的環(huán)境中。尤其是其強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)手段可在時(shí)域或頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字或模擬、墮重堡皇堂豎堡主墮至蘭蘭些絲奎篁蘭些絲線性或非線性電路的綜合仿真分析與優(yōu)化。并可對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行成品率分析與優(yōu)化，從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)效率，使之成為設(shè)計(jì)人員的有效工具。還提供了一種新的濾波器的設(shè)計(jì)向?qū)?，可以使用智能化的設(shè)計(jì)規(guī)范的用戶界蕊來分析和綜合射頻微波回路集總元件濾波器，并可提供對(duì)平面電路進(jìn)行場(chǎng)分析和優(yōu)化功能。本文使用設(shè)計(jì)微帶濾波器主要是使用其中的菜單下的命

19、令，分別定義頻率范圍、材料特性等參數(shù)。仿真軟件是一個(gè)基于矩量法的電磁場(chǎng)仿真工具，它集成了全波電磁仿真和最優(yōu)化包，可以解決多層介質(zhì)環(huán)境下的三維金屬結(jié)構(gòu)的電流分布問題。它利用積分的方式求解方程組，從而解決電磁波的效應(yīng)、不連續(xù)性效應(yīng)、耦合效應(yīng)、和輻射效應(yīng)問題。仿真結(jié)果包括、參數(shù)，等效電路，電流分布，近場(chǎng)分布和輻射方向圖，方向性，效率和等。在微波毫米波集成電路（）、印制板電路、微帶天線、線電線和其它形式的天線、電路及濾波器、的內(nèi)部連接和高速數(shù)字電路封裝方面是一個(gè)非常有用的工具。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可進(jìn)行全面的射頻和微波元件評(píng)測(cè)。包括集成的合成源、測(cè)試裝置和調(diào)諧接收機(jī)。內(nèi)置的參數(shù)測(cè)試裝置提供正向

20、和反向的全范圍幅度和相位測(cè)量。內(nèi)部矢量精度增強(qiáng)技術(shù)包括全二端口、適配器移除和可選的校準(zhǔn)。系列包括種訊和種參數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀，覆蓋范圍分別為、和。它具有下列特性：至的覆蓋范圍、的動(dòng)態(tài)范圍、高測(cè)量精度、個(gè)測(cè)量通道、個(gè)顯示通道、頻率和功率掃描、快掃描和數(shù)據(jù)傳輸速度、通過，失敗測(cè)試，強(qiáng)大的標(biāo)記功能。此外還具備電校準(zhǔn)（）功能、自動(dòng)化內(nèi)部使用鋇怖序列。本文的主要內(nèi)容第一章首先介紹了微帶濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)，包括它的基本定義、主要指標(biāo)和大致分類情況。同時(shí)介紹了幾種基本形式的微帶濾波器，包括對(duì)平行耦合線濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第二章對(duì)微帶發(fā)夾型諧振器濾波器做了深入的實(shí)驗(yàn)研究。微帶發(fā)夾型諧振器濾波器具有尺寸小、成本低、易于集

21、成等優(yōu)點(diǎn)，在微波平面電路的設(shè)計(jì)中有著良好的應(yīng)用前景。此前一些相關(guān)的研究文獻(xiàn)都是只針對(duì)某一季申特定的發(fā)夾型諧振器進(jìn)行濾波器的分析設(shè)計(jì)，而沒有對(duì)各種不同諧振器的性能指標(biāo)與濾波器設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較研究。本章使用幾種不同的塑室堅(jiān)皇蘭墮堡主塑塞蘭量堡堡塞墨二里塹堡發(fā)夾型諧振器和不同耦合方式分別設(shè)計(jì)了三階和四階的帶通濾波器，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這幾種諧振器濾波器進(jìn)行了分析研究，得到了一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。第三章以微帶三角形諧振器濾波器為研究對(duì)象。近年來出現(xiàn)了一些由雙模微帶三角形貼片諧振器設(shè)計(jì)的濾波器，這類濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，通帶損耗小，功率容限大。但是也都存在一些共同缺陷，諸如帶外抑制能力較差，容易受到高次

22、諧波分量的干擾等等。本章在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了新的改進(jìn)措施。實(shí)驗(yàn)和測(cè)量結(jié)果均表明。改進(jìn)后的濾波器克服了原有的缺陷，性能得到很大改善，可以得到廣泛應(yīng)用，特別在高溫超導(dǎo)（）工藝中具有更加誘人的應(yīng)用前景。第四章的重點(diǎn)放在雙模微帶諧振器濾波器。雙模微帶諧振器用于微波濾波器的設(shè)計(jì)時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，包括方形、圓形、曲折環(huán)等多種形式的雙模諧振器都已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于濾波器的設(shè)計(jì)。本章結(jié)合著雙模微帶諧振器的模式分析，分別使用方形、圓形微帶貼片諧振器和曲折環(huán)諧振器設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)新穎的雙模濾波器，并對(duì)每種濾波器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析和性能評(píng)價(jià)。本章還在雙模濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上獨(dú)創(chuàng)性地提出了一種多模方式工作的微帶方形貼

23、片帶通濾波器，即設(shè)計(jì)出的帶通濾波器不使用。和。這一對(duì)簡(jiǎn)并主模，而是利用三個(gè)高次模分量。通過一種簡(jiǎn)單的微擾方式和饋電方式激勵(lì)起除簡(jiǎn)并主模以外的三個(gè)高次模分量，并使之相互耦合實(shí)現(xiàn)通帶。仿真和測(cè)量結(jié)果充分說明，這種濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻段的通帶響應(yīng)，并且在通帶內(nèi)具有很低的插損和良好的阻抗匹配特性，能夠廣泛地適用于微波平面電路，克服了一些雙模濾波器通帶內(nèi)插損偏大，帶寬受限等缺陷。在上述每一章節(jié)的內(nèi)容安排上，首先進(jìn)行了簡(jiǎn)單的理論分析與說明，然后在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上提出自己的設(shè)計(jì)方案并對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論最后第五章總結(jié)全文展望微波濾波器的發(fā)展前景，對(duì)當(dāng)前微帶濾波器設(shè)計(jì)中的一些熱門技術(shù)領(lǐng)域如、工藝技術(shù)

24、等做了簡(jiǎn)介。同時(shí)對(duì)作者在研究工作中的一些感受進(jìn)行了小結(jié)。第二章微帶發(fā)夾型諧振器濾波器的實(shí)驗(yàn)研究引言第一章里面討論過的平行耦合線濾波器、梳狀線濾波器和交指濾波器等都是微帶濾波器常采用的形式，但是這些形式的濾波器往往存在著各自的缺陷。例如平行耦合線濾波器由于各平行耦合節(jié)在一個(gè)方向上級(jí)聯(lián)，故尺寸較大；梳狀線濾波器和交指濾波器則需要接地過孔，這樣在高頻工作情況下就會(huì)不可避免地引入誤差。以上因素在一定程度上限制了這些形式的推廣應(yīng)用。微帶發(fā)夾型諧振器作為一種常見的諧振器，通過適當(dāng)?shù)鸟詈贤負(fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的濾波器可以看成是諧振腔體濾波器在平面的應(yīng)用特例。它一方面結(jié)構(gòu)比較緊湊，減小了尺寸、重量和成本；另一方面不需要

25、接地，消除了過地孔引入的誤差，比平行耦合線濾波器和梳狀線交指線濾波器有更好的電性能，因而在微波平面電路中使用較多。微帶發(fā)夾型諧振器濾波器【】【】具有尺寸小、成本低、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在微波平面電路的設(shè)計(jì)中有著良好的應(yīng)用前景。此前一些文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行過研究報(bào)道，但都是只針對(duì)某一種特定的發(fā)興型諧振器進(jìn)行濾波器的分析設(shè)計(jì)，而沒有對(duì)各種不同諧振器的性能指標(biāo)與濾波器設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較研究。本章使用幾種不同的發(fā)夾型諧振器和不同耦合方式分別設(shè)計(jì)了三階和四階的帶通濾波器，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這幾種諧振器濾波器進(jìn)行了分析研究，得到了一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。發(fā)夾型諧振器及其耦合幾種結(jié)構(gòu)的發(fā)夾型諧振器微帶發(fā)夾型諧振器也叫形諧振器

26、，其具體形式較多。圖給出了五種形式的發(fā)夾型諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。（）是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單也是實(shí)際中最經(jīng)常使用的一種發(fā)夾型諧振器】，但是當(dāng)它工作于較低頻段時(shí)會(huì)占用較大尺寸：（）和（）這兩者的結(jié)構(gòu)相似，都常被用做半波長(zhǎng)型諧振器。但前者的兩個(gè)分支開路端附近的平行傳輸線具有內(nèi)部耦合線特性，該特性可以減小濾波器尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊。（）是由階躍阻抗諧振器演變而來的。此外，其它一些結(jié)構(gòu)形式如（）所示的方形開環(huán)諧振器【】和（）所示的環(huán)形諧振器【】也可以看成是特殊的發(fā)夾型諧振器，已被用于濾波器的實(shí)際設(shè)計(jì)之中墾墮苧墮差墮堡圭塑壅生！型奎蘭三蘭，傲鲞壟壅型墮塑堡堅(jiān)墼墨塑壅竺嬰塞（曲口凹（田（）圖五種形式的發(fā)夾型諧振器結(jié)構(gòu)示意圖

27、發(fā)夾型諧振器之間的耦合耦合即能量以某種方式到諧振器的輸入和輸出，兩個(gè)發(fā)夾型諧振器之間的耦合根據(jù)諧振器放置的相對(duì)位置可分為電耦合、磁耦合和混合耦合三種情況【】【】。以圖（）所示的諧振器為例，各種類型的耦合示意圖如圖所示。電稿合磁§臺(tái)亡亡匕混合耦臺(tái)一混合耦合二幽諧振器之間的二種耦合方式上述的每種方式都是相鄰諧振器通過邊緣場(chǎng)的耦合，諧振器的間距和相對(duì)位置偏移決定了耦合系數(shù)的大小。當(dāng)發(fā)夾型諧振器在諧振頻率時(shí)，兩臂的開路端處具有最大電場(chǎng)，在中間的連接臂處具有最大磁場(chǎng)。因此，兩諧振器放置的相對(duì)位置就決定了何種耦合方式占主要地位。圖給出了耦臺(tái)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分析，電耦合情況下，兩個(gè)發(fā)夾型諧振器的相對(duì)開路端

28、處電流為，相互之間產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)，中心面處的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到最大，從圖中電力線分布來看相當(dāng)于一個(gè)理想電壁；磁耦合的情況下，兩個(gè)發(fā)夾型諧振器的中部電流最大，電場(chǎng)為，中心面處產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)到最強(qiáng)，從圖中磁力線的分布來看相當(dāng)于一個(gè)理想磁壁?；旌像詈系那闆r包括了電耦合和磁耦合兩種特性。工叫山隧一，一山巴一一南京郵電學(xué)院碩士研究生學(xué)位論文筻三矍墮萱壟墨型墮墨墅鯊?fù)撬苒諌欝蜜沼侩娸o合時(shí)內(nèi)電場(chǎng)分析磁禍臺(tái)時(shí)的磁場(chǎng)分析圖耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分析為求解每種耦合情況下的耦合系數(shù)，使用的本征模求解（）功能，工作界面如圖所示。和分別對(duì)應(yīng)是軟件計(jì)算結(jié)果中除靜態(tài)模以外的第一個(gè)模和第二個(gè)模的諧振頻率，通過軟件計(jì)算得到和的電場(chǎng)分布也

29、可以發(fā)現(xiàn)，它們恰好對(duì)應(yīng)兩諧振器的中心面分別為電壁和磁壁時(shí)的模式。 圖使用進(jìn)行本征模分析南京郵電學(xué)院碩七研究生學(xué)位論文第二章微帶發(fā)夾型諧振器濾波器的實(shí)驗(yàn)研究 幽仿真得到的電耦合晴況模式的電場(chǎng)分布 量塑塑墮塑塑型竺塑竺蘭垡堡皇苧三蘭絲堂壟壅型墮楚蘭塑莖墅塑壅竺塑塞圈仿真得到的磁耦合情況下模式的電場(chǎng)分布從電耦合情況下兩模式的電場(chǎng)分布圖中可以看到，模式一的兩諧振器中心界面處電場(chǎng)最強(qiáng)，可看成電壁，模式二的中心界面處電場(chǎng)很弱，可看成是磁壁。與之相反，從磁耦合情況下兩模式的電場(chǎng)分布圖中可以看到，模式一的兩諧振器中心界面處電場(chǎng)極弱，可看成磁壁，模式二的中心界面處電場(chǎng)很強(qiáng)，可看成是電壁。諧振器之間的耦合系數(shù)可按

30、下列（一）式進(jìn)行計(jì)算。搿（）如果是弱耦合的情況，（）式可以簡(jiǎn)化為等。兩諧振器與，之間的標(biāo)準(zhǔn)，十化耦合系數(shù)。與實(shí)際禍合系數(shù)之間的關(guān)系如下列（）所示：，鴨，其中是相對(duì)帶寬，丑÷且（）磁耦合和混合耦合的耦合系數(shù)是正數(shù)，電耦合的耦合系數(shù)取負(fù)值。擬合得到的每種耦合情況下耦合系數(shù)與諧振器間距的關(guān)系曲線如圖所示（板材介電常數(shù)，厚度）?？梢钥闯?，隨著諧振器間距的增加，耦合系數(shù)逐漸下降。同樣方法得到外部品質(zhì)因數(shù)與抽頭線的位置的關(guān)系】，隨著的增加，逐漸下降。攝懈簪撩憔婭震圖，耦合系數(shù)與諧振器間距的關(guān)系圖圜抽頭線的位置與外部品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大體上可以劃分為級(jí)聯(lián)耦合】和交叉耦臺(tái)大類。級(jí)

31、聯(lián)耦合濾波器的階諧振器沿一個(gè)方向依次排開，只有一條耦合路徑，并且只有相鄰諧振器之間存在耦合，如圖所示。交叉耦合濾波器的具體實(shí)現(xiàn)形式多種多樣且靈活多變，圖給出了較常見的五種結(jié)構(gòu)】（、分別代表信號(hào)源和負(fù)載端，表示諧振器，實(shí)線為主揭合路徑，虛線是輔耦合路徑）。交叉耦臺(tái)的表現(xiàn)形式是從信號(hào)源到負(fù)載端包含不止一條耦合路徑，其中有主禍合路徑和相對(duì)較弱的輔禍合路徑，任意兩諧振器（包括信號(hào)源和負(fù)載端在內(nèi)）之間都可以產(chǎn)生耦合【】。相對(duì)于級(jí)聯(lián)耦合，交叉耦臺(tái)的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠在通帶附近墮室堅(jiān)皇蘭墮堡主竺圣蘭蘭堡墮塞塑三蘭，傲堡壟壅型墮塑墅墮婆矍塑塞墼堡壅的有限頻率處產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)【】，因而濾波器的帶外抑制能力將獲得極大提

32、高，反映到傳輸曲線上就明顯地表現(xiàn)為通帶一阻帶過渡段變得極為陡峭。使用交叉耦合的諧振器濾波器比普通級(jí)聯(lián)型的濾波器具有更好的頻率選擇性，同時(shí)減少所需諧振器的數(shù)目。交叉耦合的本質(zhì)含義是：微波信號(hào)可以分成幾條不同的路徑從輸入端到達(dá)輸出端，不同路徑的電長(zhǎng)度不同。如果兩條路徑的電長(zhǎng)度在輸出端相差度，則信號(hào)相互抵消，在一定頻率處形成陷波點(diǎn)，即傳輸零點(diǎn)。一一咖圖線型級(jí)聯(lián)耦合諧振器瑟，洳函地哂（；：心喜卜圖兒種交叉耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖諧振器之間的耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在很大程度上決定了濾波器的濾波特性，它的樣式也是不斷推陳出新，逐漸演變】。簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)型的濾波器不能實(shí)現(xiàn)有限頻率傳輸零點(diǎn)，因此有必要引入多路耦合。許多新的諧振器拓

33、撲結(jié)構(gòu)使得源和負(fù)載端口可以分別與不止一個(gè)諧振器相耦合，從而包含了幾條耦合路徑。使得濾波器在傳輸曲線上產(chǎn)生了傳輸零點(diǎn)，把原本在頻率軸上位于無窮遠(yuǎn)處的傳輸零點(diǎn)放置在有限頻率的地方，其結(jié)果是大大提高了濾波器的帶外抑制性能。傳輸零點(diǎn)數(shù)目越多濾波器的頻率選擇性越強(qiáng)。有關(guān)交叉耦合濾波器能夠產(chǎn)生最大傳輸零點(diǎn)數(shù)目，做了下列闡述總結(jié)：第一定律：對(duì)于一個(gè)連接到信號(hào)源和負(fù)載的二端口網(wǎng)絡(luò)，它所能產(chǎn)生的傳輸零點(diǎn)的個(gè)數(shù)滿足：一。，是諧振器的個(gè)數(shù)，。是從信號(hào)源到負(fù)載所經(jīng)歷最短路徑的結(jié)點(diǎn)數(shù)。第二定律：第一定律中所提到的諧振器間的耦合在工作頻段范圍內(nèi)都是同一性質(zhì)的耦合，即耦合系數(shù)都恒定取正值或負(fù)值。如果耦合系數(shù)可以改變符號(hào)則將

34、比原來獲得更多的傳輸零點(diǎn)。量墮坐墮蘭墮堡主墮塑蘭！冀笙苧差三童絲堂壟壅型墮塹矍望婆壁箜壅墼堅(jiān)塑設(shè)計(jì)實(shí)例及測(cè)量結(jié)果分析三階級(jí)聯(lián)濾波器本文首先利用圖中所示的（）、（”、（）三種發(fā)夾型諧振器分別設(shè)計(jì)了三階級(jí)聯(lián)的帶通濾波器。每種諧振器的具體尺寸為：（），；（），：（），。對(duì)于級(jí)聯(lián)型不含交叉耦合的帶通濾波器，計(jì)算外部品質(zhì)因數(shù)和相鄰諧振器間耦合系數(shù)一般使用下面的通用計(jì)算公式（）。，如而。：墨竺，（）、島為集總參數(shù)低通濾波器的原型參數(shù)值，是相對(duì)帶寬。每種濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，濾波器實(shí)物照片如圖所示。從照片中可以看到它們的尺寸都不超過。所有樣片均制作在相對(duì)介電常數(shù)為，厚度的仿陶瓷介質(zhì)基板上，端口阻抗設(shè)置

35、為歐姆，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量。實(shí)測(cè)樣品的頻率特性曲線見圖（頻率特性曲線圖編號(hào)與圖中的濾波器編號(hào)相對(duì)應(yīng)、。幾一品巴 （）圖三階級(jí)聯(lián)濾波器結(jié)構(gòu)示意圖圖三階級(jí)聯(lián)濾波器實(shí)物照片（）硒母（）圖三階級(jí)聯(lián)濾波器的測(cè)簧結(jié)果從濾波器（）的頻響曲線可以看出，該濾波器以為中心頻率，通帶內(nèi)插損為，反射系數(shù)低于，能夠滿足一般系統(tǒng)的應(yīng)用條件。濾波器（）的中心頻率為，通帶內(nèi)最小插損為。雖然依靠諧振器的內(nèi)部藕合效應(yīng)減小了濾波器的設(shè)計(jì)尺寸，但從通帶內(nèi)曲線可以看出它的測(cè)量匹配特性較差，這可能與樣片接地面很小有關(guān)，故無法適用在要求低反射條件的場(chǎng)合。前兩者所要求的加工精度都較易滿足。濾波器（）作在通頻段內(nèi)，帶內(nèi)傳輸曲線平坦，最

36、小插損為，帶內(nèi)反射系數(shù)，可見端口匹配特性也較好。但在仿真優(yōu)化調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)，這種濾波器對(duì)諧振器間距要求極為嚴(yán)格，諧振器間距必須嚴(yán)格保持在時(shí)才能有最佳濾波特性，而一般制作工藝的最小誤差約為，若按此要求精度進(jìn)行加工將不可避免地影響成品率。這一點(diǎn)很不利于該類濾波器的批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，上述三種濾波器同為級(jí)聯(lián)型三階諧振器濾波器，它們的帶外抑制能力都沒有得到足夠的加強(qiáng)。四階交叉耦合濾波器四階交叉耦合濾波器非常適合于設(shè)計(jì)準(zhǔn)橢圓函數(shù)濾波器【，即擁有一對(duì)傳輸零點(diǎn)位于通帶附近的截止頻率處以提高帶外抑制能力。以圖（）所示的發(fā)夾型諧振器為例，旦墮坐墮蘭墾堡主旦墨皇蘭！墼塑三里，傲堂蕉壅型堡蒸璺墮蓬矍塑壅墼嬰塑它的

37、四階交叉耦合濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。由于非相鄰諧振器之間交叉耦合的引入，設(shè)計(jì)公式（）不再適用，需要利用公式（）來計(jì)算相關(guān)耦合系數(shù)。四階交叉耦合濾波器的耦合矩陣具有如下形式：【叫毛鳩其中，【】是對(duì)稱矩陣，即虬。圖四階躉義耦臺(tái)濾坡器的結(jié)構(gòu)不慈圖而：產(chǎn)、：。；，（為導(dǎo)納特征變換器的參數(shù)值）（）給出的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：中心頻率，相對(duì)帶寬，通帶插損；要求有一對(duì)傳輸零點(diǎn)分別位于和。根據(jù)中提出的方法得到低通原型的集總參數(shù)值為，厶。然后利用公式（）計(jì)算耦合系數(shù)，對(duì)應(yīng)圖和圖，得出相應(yīng)的設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)。全部電路制作在相對(duì)介電常數(shù)為，厚度的微帶板材上面，端口阻抗設(shè)置為歐姆，實(shí)際設(shè)計(jì)的樣品見圖。通過測(cè)量后發(fā)現(xiàn)與仿真結(jié)果吻

38、合較好，如圖所示 圖圖（）濾波器的實(shí)物照片圖圖）階交叉濾波器頻率響應(yīng)特性從圖可以看到，仿真與測(cè)量結(jié)果吻合的很好，并且符合給定的指標(biāo)要求。在以為中心頻率的通帶內(nèi)插損小于。在保持較小帶內(nèi)插損和滿意匹配的前提下，可以很明顯地看出在曲線上通帶兩側(cè)附近的和處產(chǎn)生了傳輸零點(diǎn)，極大地提高了對(duì)阻帶的抑制能力?？梢?，它對(duì)阻帶的抑制能力明顯強(qiáng)于前面的三種級(jí)聯(lián)型的濾波器，與理論所述相符。該類濾波器非常適合于應(yīng)用在高選擇性的系統(tǒng)中。對(duì)于上述四階交叉耦合濾波器的設(shè)計(jì)，我們使用上述公式計(jì)算出兩諧振器之問的耦合系數(shù)。但是對(duì)于多階諧振器采用復(fù)雜耦合結(jié)構(gòu)的時(shí)候，這種計(jì)算將會(huì)非常困難。在這種情況下，計(jì)算兩腔所需要的耦合系數(shù)，還是

39、用耦合矩陣分析比較好，因?yàn)樗紤]了不相鄰的諧振器之間的耦合【】。由給定的設(shè)計(jì)指標(biāo)首先設(shè)定一個(gè)代價(jià)函數(shù)，然后使用各種優(yōu)化方法。交叉耦合濾波器的設(shè)計(jì)方法需涉及到耦合矩陣分析及其優(yōu)化算法【】?！窘o出了一個(gè)在線的耦合矩陣分析軟件“”。藕合矩陣的提取有兩種方法：綜合法和優(yōu)化法。根據(jù)性能指標(biāo)，如中心頻率、帶寬、帶內(nèi)插損、阻帶抑制點(diǎn)等，采用適當(dāng)?shù)姆椒?，綜合或優(yōu)化出響應(yīng)的耦合矩陣。這里需要說明的是，由指標(biāo)獲得耦合矩陣的過程相當(dāng)復(fù)雜且難度極大。就綜合手段而言，到目前為止還沒有一種行之有效的方法。其通用的過程是：由指標(biāo)構(gòu)造傳遞函數(shù)，其分子分母均為有理函數(shù)多項(xiàng)式，通過對(duì)有理函數(shù)多項(xiàng)式進(jìn)行多種處理產(chǎn)生初始的耦合矩陣，

40、然后多次旋轉(zhuǎn)這個(gè)耦合矩陣，消去掉不易實(shí)現(xiàn)的耦合單元，最終達(dá)到所需形式的耦合矩陣：若采用優(yōu)化途徑，首先則通過指標(biāo)確定濾波器的階數(shù)和耦合矩陣的結(jié)構(gòu)，然后采用合適的優(yōu)化方法來得到滿足指標(biāo)的禍合矩陣，但是對(duì)于離散多變量?jī)?yōu)化問題，目前還沒有一個(gè)行之有效的優(yōu)化方法。許多閹題易陷于局部最優(yōu)值，有的甚至找不到最優(yōu)點(diǎn)，研究?jī)?yōu)化方法是微波的一個(gè)重要課題?，F(xiàn)在使用較多的優(yōu)化方法有法、共軛梯度法、模擬退火法、遺傳算法等。關(guān)于耦合矩陣的分析問題涉及到較深的微波和電路理論，一些文獻(xiàn)僅僅做出了理論方面的闡述，但是最終從給定指標(biāo)到得到耦合系數(shù)的公式做為專利般是不會(huì)公布的。許多堂里蘭墮堡主里塞生堂絲堡苧塑三童堂堂壟壅型堂堡墨婆

41、婆璺塑塞墼翌塞專門生產(chǎn)微波濾波器的研發(fā)部門通過大量實(shí)驗(yàn)造出一個(gè)閉式，來對(duì)其指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。這個(gè)工作量是非常大的。的文獻(xiàn)【】【】有很詳細(xì)的推導(dǎo)過程，耦合矩陣的計(jì)算可以據(jù)此設(shè)計(jì)出完善的程序。結(jié)論本章以微帶發(fā)夾型諧振器為研究對(duì)象，列舉了幾種發(fā)夾型諧振器，分析了各自的特點(diǎn)。然后依據(jù)耦合原理和耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，說明了發(fā)央型諧扳器濾波器設(shè)計(jì)的多樣性和廣泛性。最后依據(jù)上述理論，分別設(shè)計(jì)了由不同諧振器、不同耦合方式實(shí)現(xiàn)的三階和四階帶通濾波器。通過測(cè)量得到了實(shí)測(cè)結(jié)果，并結(jié)合各自的設(shè)計(jì)要求與性能特點(diǎn)進(jìn)行了綜合比較分析，對(duì)各種濾波器的可能應(yīng)用情況進(jìn)行了說明。發(fā)夾型諧振器濾波器可以廣泛應(yīng)用于微波平面電路中；同時(shí)在交叉耦

42、合情況下具有更加良好的性能。旦室墅皇蘭堡嬰圭嬰壅生蘭垡笙塞蘭蘭童三壟登垡堂！莖璺堡墊矍塑墾鯊堡生第三章三角形微帶諧振器濾波器的改進(jìn)設(shè)計(jì)引言三角形微帶諧振器做為一種雙模微帶諧振囂，在用于微波濾波器的設(shè)計(jì)時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，通帶損耗小，功率容限大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。三角形微帶諧振器濾波器予近些年來開始受到關(guān)注【】，文獻(xiàn)中對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和實(shí)例設(shè)計(jì)。但是從設(shè)計(jì)出來的雙模帶通濾波器的頻率響應(yīng)結(jié)果來看，它們都存在著一些共同的問題。突出表現(xiàn)在一方面通帶到阻帶的過渡段比較平緩，即使有的結(jié)構(gòu)在阻帶頻段產(chǎn)生了傳輸零點(diǎn)，也是遠(yuǎn)離通帶的截止頻率，因而帶外抑制能力差：另一方面在中心頻率的倍頻處會(huì)受到高次諧波分量

43、的干擾。即便是采用了兩階結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際上也未能得到較滿意的性能改善。針對(duì)三角形貼片濾波器的這些缺點(diǎn)。本章通過采用高介電常數(shù)、厚度較大的介質(zhì)板材，設(shè)置不對(duì)稱的輸入和輸出端口，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的三角形貼片濾波器并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量【。仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果均表明，改進(jìn)后的濾波器除保持原有的良好性能外，在通帶兩側(cè)附近都產(chǎn)生了傳輸零點(diǎn)，大大提高了對(duì)阻帶的抑制能力；而且有效地消除了高次諧波分量對(duì)主通帶的干擾。同時(shí)，此濾波器仍然由單個(gè)三角形諧振器實(shí)現(xiàn)，保持了小尺寸的緊湊結(jié)構(gòu)。該濾波器完全適用于常規(guī)的微波電路，在高溫超導(dǎo)（）材料濾波器設(shè)計(jì)中具有更加誘人的應(yīng)用前景。三角形微帶諧振器的模式分析圖給出了一個(gè)邊長(zhǎng)為

44、的等邊三角形微帶諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。豸甏圖：三角形微帶貼片諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖在對(duì)三角形微帶貼片諧振器進(jìn)行模式分析【】的時(shí)候，首先假設(shè)諧振器的上下表面為量墮型墮莖堡堡主塑鱉垡笙苧蔓蘭童三魚蘭墼墮墮堡堡整整堡塑墮壟墾鹽電壁，其它的三個(gè)面為磁壁。根據(jù)這種假設(shè)三角形諧振器內(nèi)部的，、，、皿分量都為零，只存在；、分量。存在的模式為；川模。在這種理想條件下，電磁場(chǎng)只存在于三角形諧振器的內(nèi)部，沒有邊緣處的場(chǎng)泄漏。上下兩個(gè)金屬面可看成個(gè)平板電容器，中間充滿了勻強(qiáng)電場(chǎng)。，和可根據(jù)橫縱向場(chǎng)關(guān)系式由：表示。由于電場(chǎng)方向：垂直于三角形諧振器表面，所以電力線穿過諧振器表面處的疏密就決定了諧振器表面的電位相對(duì)高低，形成了等

45、位線。根據(jù)×可以求得三角形表面的電流密度，它的分布與諧振器表面的等位線是對(duì)應(yīng)的。三角形微帶諧振器的各分量表達(dá)式如下列（一）至（）所示：以。，（，）（一）其中。，是常數(shù)，（，）滿足下列表達(dá)式。丁，）臥壓剮駕爿瞧馴掣臥而制箋掣、和，滿足，以：上粵恥恥。斜，：箏。出：，（）（）（）滿足波動(dòng)方程（等熹城州卜截止波數(shù)。等廝麗高次模的諧振頻率與最低次模有如下關(guān)系：州矗，注意這里的塒、竹和，僅是在分析過程中假設(shè)的參數(shù)，并沒有實(shí)在的物理意義，不代表沿、坐標(biāo)軸的駐波個(gè)數(shù)。對(duì)于等邊三角形微帶諧振器，一對(duì)簡(jiǎn)并模式的場(chǎng)分布可以由橫縱向場(chǎng)關(guān)系式結(jié)合邊界條件求解，能夠得到場(chǎng)分量的解析表達(dá)式。，一。是其中的一個(gè)主模，它的電場(chǎng)分量表達(dá)墾墮苧墮塑塑墅生墅！鯊蘭垡堡蘭笙三皇三塹絲燮堂墮堡矍堡墮矍竺墾壟堡生式為：引，鞏，（篝等）（等）（等）與之簡(jiǎn)并的另一個(gè)模式是由刪卟，模沿水平方向分別正反向旋轉(zhuǎn)孥后相減后得到的。這一對(duì)簡(jiǎn)并模式分別命名為模式一和模式二，它們的表面電流分布分別如圖中的（）和（）所示。圖：對(duì)簡(jiǎn)并模式的表面電流分布（）模式一（）模式二但是實(shí)際設(shè)計(jì)中使用的雙模微帶三角形貼片諧振器往往是由等邊三角形貼片諧振器加微擾實(shí)現(xiàn)的。等邊三角形諧振器加微擾或引入某種形式的激勵(lì)后，電磁場(chǎng)