Metamaterials小型化高性能滤波器研究

摘要

Metamaterials（人工超材料）是具有很多特殊性质的人工材料，目前在自然界中并不能直接得到。最近的研究表明人工超材料已经在光学和微波领域已经展现出了很有潜力的发展势头。由于借助于这种材料，可以控制电磁波在介质中的传播，因此人工超材料被认为在未来的光和微波电路与系统中占有非常重要的作用，而微波滤波器又是在通信、雷达等系统中最常见的必不可少的无源器件之一，因此高性能、小型化滤波器的设计是目前射频、微波电路设计的关键环节之一。本文重点探究如何借助于或者改进传统的人工超材料结构单元，实现小型化、高性能滤波器。具体工作如下：
　　首先，对混合左右手传输线型和谐振型人工超材料的相关理论进行了深入的探讨。通过提取出传统CRLH单元的等效电路，进而详细分析了平衡CRLH单元的性质。对不同类型的SRR谐振环的工作原理进行分析，在此基础上对不同类型的SRR开口谐振环独特的性质做了总结。
　　然后，在传统的CRLH单元基础上加以改进，实现了CRLH超宽带滤波器，进而分别设计出基于单个CRLH单元的高性能宽带滤波器以及两个CRLH单元级联的窄带滤波器。在传统CRLH单元的基础上引入过孔耦合以及微带枝节，可以在不明显增加CRLH滤波器体积的基础上，显著提高滤波器的频率选择特性。通过提取出微带枝节以及过孔电感的集总等效电路，可以方便精确地在仿真软件中建立滤波器电路模型进行设计。并且对滤波器进行奇偶模理论分析，在理论上也可以验证这种设计思路的可行性。
　　最后，在传统SRR谐振环加载传输线的基础上加以改进，分别实现了传输线末端短路型和传输线末端开路型滤波器，改善了滤波器通带性能，并且将SRR谐振环引入经典的交叉耦合型滤波器中，实现了带外具有四个传输零点的高性能滤波器。在SRR谐振环加载传输线的基础上引入主传输线末端的耦合以及加强谐振环之间的耦合，可以明显地改善滤波器通带的性能，同时这种结构也非常有利于双通带滤波器的设计与实现。此外结合经典的交叉耦合滤波器的综合方法，采用0°馈电的方式，可以方便地设计出基于SRR谐振环的高选择性滤波器。

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第一章 绪论

1.1 人工超材料性质及其分类

1.2 人工超材料发展现状及发展趋势

1.3 论文内容与工作创新

第二章 人工超材料结构性能分析

2.1 理想CRLH传输线

2.2 谐振结构传输线

第三章 混合左右手传输线型滤波器研究

3.1 传统的CRLH传输线设计过程

3.2 改进的CRLH滤波器性能分析

3.3 小型化宽带CRLH滤波器的设计

3.4 多单元CRLH滤波器设计及分析

3.5 本章小结

第四章 谐振型人工超材料滤波器研究

4.1 SRR加载传输线的等效电路与分析

4.2改进的SRR谐振环加载微带线结构滤波器

4.3基于SRR谐振环的CQ结构滤波器

4.4本章小结

第五章 总结

5.1 全文总结

5.2 后期工作及展望

致谢

参考文献

读硕期间成果说明