基于开路枝节的多陷波超宽带滤波器/天线研究

摘要

近年来，随着超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)技术在通信领域的应用与发展，UWB滤波器及天线研究一直是该领域的热点问题之一。目前，可实现陷波特性的典型结构往往针对特定窄带干扰源，对于陷波阻带数量和宽度均可调整的UWB滤波器及天线设计研究不够系统和深入，在探索上述难题解决方案的过程中，作者开展了以下工作：
　　第一，开展了UWB频段内单陷波滤波器的设计研究工作。首先，采用奇偶模式分析方法，研究了开路枝节结构特点；其次，分析了滤波器谐振条件，讨论了滤波器阻带生成机理；最后，把开路枝节结构附加到UWB滤波器原型上，获得陷波阻带区间，然后采用阶跃阻抗变换结构进一步拓展陷波阻带区间，提出了UWB频段内实现阻带可调的单陷波微带滤波器设计方法，为后续研究提供了理论和设计基础。
　　第二，针对WLAN和RFID等宽带信号的干扰问题，开展基于三阶开路枝节结构的宽阻带陷波滤波器设计研究。首先，基于一阶开路枝节结构，采用边缘等效技术通过得到二阶开路枝节宽阻带结构；其次，采用三阶开路枝节来设计宽阻带陷波结构；最后，将这些结构复合到基础UWB滤波器上，实现了宽阻带单陷波UWB滤波器设计，对多阶枝节宽阻带陷波滤波器的有效性和可行性进行了实验验证，实验结果表明，所设计UWB滤波器不存在能量泄露，陷波带宽得到了提高，尺寸也得到了减小了且整体性能指标均优于现有高水平单陷波滤波器。
　　第三，针对UWB频段内存在多个潜在干扰的问题，开展了基于开路枝节结构的多陷波UWB滤波器设计研究工作。首先，利用两个开路枝节结构完成了双陷波阻带滤波器的设计；其次，综合环形谐振结构与双开路枝节结构，完成了三陷波阻带UWB滤波器设计；最后，利用上述滤波器设计技术进行五陷波结构的设计研究，进一步验证多模结构构建技术及多模谐振腔产生多阻带技术的有效性，所设计滤波器可有五个陷波阻带，每个陷波阻带均独立可调，可以有效应对WLAN、WiMAX、RFID及C/X波段干扰。实验结果证明，基于提出的UWB多陷波滤波器设计理论与方法，所设计多陷波UWB滤波器满足应用指标要求，与现有高水平多陷波滤波器相比较，在体积减小的基础上，可以产生更多陷波阻带。
　　第四，针对UWB陷波天线设计理论尚不完善，且现有天线难以应对UWB频段内存在多种潜在干扰的问题，借鉴多陷波滤波器设计技术，将陷波结构及分析方法引入陷波天线设计。首先，把基础开路枝节结构应用到单陷波天线的设计中，利用谐振条件分析及阻带生成机理，设计得出具有良好的陷波特性、陷波阻带位置可调、可调区间宽的单陷波、双陷波UWB天线；其次，进行了天线实验验证，结果表明所设计天线可有效抑制WLAN频率及X波段频率干扰，初步证实了陷波结构可应用于陷波天线设计。最后，将多阶开路枝节陷波结构应用到基础天线，设计出可实现四陷波及4GHz宽阻带陷波功能的天线，证实了复杂陷波结构滤波器中的陷波结构及分析方法均可借鉴性的引入天线的设计中。验结果同时证明，基于提出的UWB陷波天线设计理论与方法，所设计陷波UWB天线满足应用指标要求，与现有高水平陷波天线相比较，在体积减小的基础上，可以实现数量更多的陷波阻带及更宽的陷波阻带。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本论文主要研究内容

第2章 单陷波超宽带滤波器的设计

2.1 基于多模谐振腔的超宽带滤波器

2.2 基于多模谐振腔的单陷波超宽带滤波器设计

2.3 本章小结

第3章 宽陷波阻带超宽带滤波器的设计

3.1 退化后的二阶陷波模型

3.2 二阶陷波超宽带滤波器

3.3 三阶陷波超宽带滤波器

3.4 本章小结

第4章 多陷波超宽带滤波器的设计

4.1 单、双陷波超宽带滤波器的设计

4.2 三陷波超宽带滤波器的设计

4.3 五陷波超宽带滤波器的设计

4.4 本章小结

第5章 双陷波超宽带天线的设计

5.1 开路枝节的单陷波超宽带天线设计

5.2 缺陷地及刻蚀槽的双陷波超宽带天线设计

5.3 本章小结

第6章 宽阻带及多陷波超宽带天线的设计

6.1 多阶开路枝节的宽阻带陷波天线设计

6.2 多阶开路枝节及缺陷地的多陷波天线设计

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢