基于复合左右手传输线微波带通滤波器的研究

摘要

滤波器作为一种重要的微波元器件在通信领域得到了广泛的应用，其特性直接影响到整个微波系统性能的好坏。随着微波频率资源的紧缺，为了制作更佳性能的滤波器，需要寻求新的材料和实现技术。
　　 左手材料是电磁学领域的一个新兴研究热点，其独特的双负特性应用在微波器件中可以明显提高器件性能。但自然界中并不存在天然形成的左手材料，事实上它是一种人工复合介质。通常有两种制备方法：开口金属谐振环与细铜线构成的谐振单元和传输线结构。
　　 本文采用非谐振单元的传输线结构来制备左手材料，分析并总结了新型传输线--复合左右手传输线的特性及物理实现。利用该新型传输线的特殊性质，分别设计了两种微波带通滤波器：两单元级联结构和四单元耦合级联结构微波带通滤波器。经HFSS软件仿真，两种微波带通滤波器均符合设计参数要求，且后者比前者具有更好的通带特性和滤波性能。最后给出完整的四单元耦合级联结构复合左右手传输线微波带通滤波器的微带线设计方案，并进行了电路印刷板的设计制作。
　　 经过实验研究分析，证实了基于复合左右手传输线微波带通滤波器不仅在尺寸上达到了小型化的要求，更有着宽频带、高性能、低损耗等优点。本文采用微带线进行方案设计，电路印刷工艺制作，加工容易且成本低廉，因此有着广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 左手材料

1.2.1 左手材料的提出及发展

1.2.2 左手材料的电磁特性

1.2.3 左手材料的制备

1.3 HFSS简介

1.4 论文研究内容和主要工作

2 滤波器理论

2.1 滤波器概述

2.2 滤波器的分类

2.3 微波滤波器的基本技术参数

2.4 微波滤波器的设计原理

2.4.1 设计方法概述

2.4.2 低通原型滤波器

2.4.3 频率变换

2.4.4 倒置变换

2.4.5 元件损耗对滤波器性能的影响

3 复合左右手传输线

3.1 经典传输线理论

3.1.1 传输线类型

3.1.2 传输线分析方法

3.1.3 均匀传输线方程及其解

3.2 微带线理论

3.2.1 微带线的演变

3.2.2 微带线的主模

3.2.3 微带线的结构及其特点

3.2.4 微带线的基本参数

3.2.5 微带线的损耗

3.3 复合左右手传输线理论

3.3.1 右手传输线

3.3.2 左手传输线

3.3.3 复合左右手传输线

4 基于复合左右手传输线的微波带通滤波器

4.1 微带线设计

4.1.1 微带线基本经验公式

4.1.2 微带线介质基片材料选择

4.1.3 微带线制备

4.2 无源器件的设计

4.2.1 电感设计

4.2.2 电容设计

4.3 CRLH基本单元的设计

4.3.1 CRLH传输线的LC单元

4.3.2 CRLH传输线单元结构

4.3.3 CRLH传输线基本结构建模

4.3.4 CRLH传输线基本结构仿真

4.4 微波带通滤波器的设计

4.4.1 滤波器参数选择

4.4.2 滤波器类型选择

4.4.3 滤波器电路设计

4.5 CRLH传输线微波带通滤波器的设计

4.5.1 两单元级联结构

4.5.2 四单元耦合级联结构

4.6 CRLH传输线微波带通滤波器制板

5 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢