微波集成介质TM模滤波器及耦合线功分电路的研究

摘要

现代无线通信系统中的集成度越来越高，在同一单元内往往存在多种系统，比如：全球移动通信系统（GSM）、通用移动通信系统（UMTS）以及长期演进技术系统（LTE）等等。这就对基站系统内各种器件的小型化、高性能、多功能、低成本等方面提出了更高的要求。同时，为了提高资源利用、降低系统复杂度，双通带以及多通带器件也受到越来越多的重视。因此，对新型高性能器件的需求越来越强烈。本论文针对移动通信基站系统里多种无源器件，包括两端口、三端口、四端口器件进行了研究，提出了多种新颖的设计理念以及创新型结构，实现了多款高性能、小型化无源器件。
　　论文主要的研究工作和创新点归纳如下：
　　(1)采用集成介质来进行滤波器设计、加工以及应用。通过在介质外表面镀金属的方法实现金属波导滤波器中的金属腔壁，同时省去了金属腔壁的重量以及所占空间。不仅减轻了重量和体积，还提高了空间利用率，从而提高了Q值。并且由于介质块的整体性，其中心介质柱不需要额外的结构来进行固定，保证了其稳定性，同时也不会引入额外的损耗。另外，其温度特性非常优秀。
　　(2)由于集成介质滤波器具有上述优点，我们将其应用于表贴结构，实现了表贴于PCB板的集成介质滤波器。通过在介质表面焊接可调结构以及开通孔，实现了滤波器在一定范围内的调谐性。并且通过在PCB板加工微带线，实现两个谐振腔之间的电耦合，从而来实现可控传输零点。
　　(3)首次提出了基于耦合线的双通带耦合器新结构，通过奇偶模分析得到了准确的解析设计公式。其优点主要有：可实现大范围的频率比；耦合系数由耦合线的耦合强度决定，避免了因阻抗过高或者阻抗过低而实现困难的情况；此设计具有较宽的带宽；紧凑的结构和很小的面积。
　　(4)提出了一款基于双耦合线的双通带和宽带耦合器新结构。这款耦合器非常紧凑，仅由两对耦合线和一段传输线组成。通过奇偶模分析得到了其准确的解析设计公式，并且通过合理设置耦合器的两个通带的频率比，可以获得宽带耦合器的性能，并且实现超过90％的相对带宽。
　　(5)提出了一款新型Gysel功分器新结构。此款功分器通过端接隔离电阻的一对四分之一波长长度的耦合线结构来实现隔离，大大减小了其原有尺寸；并且在不等功分比的情况下只需要一个接地的隔离电阻，从而简化了电路结构，降低了元件的需求量。
　　(6)提出了基于耦合线的紧凑型巴伦，其中包括带接地结构与不带接地结构的设计。其中带接地结构的巴伦具有较宽的带宽，而另一款巴伦与传统耦合线巴伦相比，不需要任何接地结构，从而降低了加工难度和成本。并且两款巴伦的结构都极其简单，仅仅包含一对耦合线以及一段传输线，尺寸非常小。
　　在以上研究中，均通过样品设计加工测试，验证了理论的正确性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

英文单词缩写列表

目录

第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2 集成介质滤波器研究现状

1.3耦合线结构在多端口功分器件中的应用

1.4本文的主要研究工作和创新点

参考文献

第二章 TM01模集成介质滤波器及其表贴应用

2.1引言

2.2滤波器设计理论

2.3集成介质滤波器设计

2.4集成介质滤波器的表贴应用

2.5本章小结

参考文献

第三章 基于耦合线的四端口功分电路设计

3.1引言

3.2 奇偶模分析方法

3.3 双通带耦合器研究背景及设计方法

3.4 任意耦合系数双通带耦合线耦合器设计

3.5任意耦合系数的倒置耦合线耦合器设计

3.6本章小结

参考文献

第四章 基于耦合线的三端口功分电路设计

4.1引言

4.2 三端口无耗互易网络特性

4.3 三端口网络分析方法

4.4 基于耦合线的Gysel功分器设计

4.5 基于耦合线的巴伦设计

4.6本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

致谢

读博期间已发表和撰写的学术论文

博士期间参与纵向课题研究