【摘 要】
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随着5G通信的兴起和发展,频谱利用率与信号传输速率会得到大幅度提升,通信系统会具有更高的稳定性与抗干扰性。在得到更好的通信质量的同时,随之而来的,是新增的数十个5G通信频段,和容纳元件更多、构造更复杂的通信系统,这就对射频链路中的微波元件提出了更高的技术需求。滤波器和双工器均是无线通信收发系统中的重要元器件,分别具有频率选择特性与隔离收发信号的功能。在此背景下,本文对设计小型化、高性能的滤波器和双
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随着5G通信的兴起和发展,频谱利用率与信号传输速率会得到大幅度提升,通信系统会具有更高的稳定性与抗干扰性。在得到更好的通信质量的同时,随之而来的,是新增的数十个5G通信频段,和容纳元件更多、构造更复杂的通信系统,这就对射频链路中的微波元件提出了更高的技术需求。滤波器和双工器均是无线通信收发系统中的重要元器件,分别具有频率选择特性与隔离收发信号的功能。在此背景下,本文对设计小型化、高性能的滤波器和双工器进行了深入研究。本文完成的工作主要有:（1）设计了一款工作在S波段的小型化微带带通滤波器。基于传统宽带并联短截线微带带通滤波器设计方法,通过弯折、拆分原有的四分之一波长谐振器,在通带性能基本不变的前提下,得到了可调控的传输零点,进而提高过渡带的陡峭度,与此同时,滤波器的电路尺寸也更小。为了进一步抑制阻带,在滤波器两侧级联扇形微带低通结构,改善阻带性能。测量结果表明,在滤波器的通频带2～4GHz内,插入损耗小于0.7d B,回波损耗大于17d B,对4.6～6.5GHz的阻带抑制达到了20d B以上。相较于传统宽带并联短截线微带带通滤波器,经过改进设计之后的滤波器具有更小的电路尺寸,更陡峭的滚降和更深的阻带抑制。（2）设计了一款基于负群时延补偿的群时延平坦无反射带通滤波器。基于横向无反射滤波器的结构,加载额外的负群时延支节以抵消滤波器过渡带群时延凸起的部分,该结构中的吸收电路也可以调整滤波器的群时延特性,最终得到较为平坦的群时延。再调节无反射滤波器中的输入输出匹配传输线,得到理想的滤波性能。设计滤波器的中心频率为2GHz,该频点的插入损耗为1.39d B,在通频带1.63～2.41GHz内,群时延波动小于0.08ns,插入损耗变化小于3d B,在0.95～3.15GHz频段内,滤波器的回波损耗均大于11d B,具有良好的无反射特性。（3）基于复合左右手传输线结构设计了一款双工器和一款双频带通滤波器。双工器工作在5G NR标准下的n1频段,双工器中两个通道的滤波器均采用T型复合左右手传输线谐振器,匹配电路也用复合左右手传输线谐振器替代。两个通道带通滤波器的实测中心频率分别为1.95GHz和2.14GHz,相对带宽分别为4.1%和5.1%,插入损耗分别为1.07d B和1.22d B,隔离度大于23d B,电路尺寸仅为0.26λg×0.24λg。双频带通滤波器工作在5G NR标准下的n41和n79频段,双频带通滤波器的两个谐振器均是复合左右手传输线谐振器。两个通带的实测中心频率分别为2.52GHz和4.68GHz,相对带宽分别为3.2%和3.4%,插入损耗分别为0.46d B和0.65d B,电路尺寸仅为0.19λg×0.14λg。相较于传统微带线结构,基于复合左右手传输线结构的双工器和双频带通滤波器均具有较小的电路尺寸。
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