DGS及可重构滤波功分器的研究与设计

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随着现代微波射频无线通信系统的飞速发展,对微波射频电路高集成度、小型化、低成本和高性能的要求日渐提高。为满足无线通信系统严苛的要求,可重构滤波功分器及缺陷地结构已经成为当前的研究热点。其中,可重构滤波功分器电路可以将多种功能集中在一个电路上,不仅可以减少对系统空间的占用,还可以减少多个器件级联所带来的插损;缺陷地结构则打破了电路平面技术的局限性,有效的利用了接地板空间,并以其单极点低通特性和高特征阻抗特性等特点被广泛的应用于小型化电路的设计及优化中。本文的主要研究内容如下:一、本文提出了一种新型的嵌套U型缺陷地结构(DGS),对比分析表明,该嵌套U型DGS与常用的哑铃型DGS在产生相同谐振频率的前提下,刻蚀面积减小了68.26%,陡峭因子增大了11.6%,滤波选择特性因子增大了40.3%。改善了常用的微带线低通滤波器电路结构,通过级联嵌套U型DGS进行了五阶低通滤波器的设计,仿真结果表明该低通滤波器电路特性良好,通带插损小于0.1d B且输入端口回波损耗大于16d B。针对Wilkinson功分器的功分比在目前工艺限制下无法过高的问题引入了嵌套U型DGS,在不改变微带线线宽的前提下利用嵌套U型DGS使其特征阻抗得到有效提升,并以此为基础分别设计了功分比为1:5和1:10的高功分比功分器。二、本文对功分比可重构滤波功分器进行了研究。对加载变容二极管的三线耦合微带线结构和短路平行耦合微带线结构进行了理论分析,并基于该理论设计了一种电路结构简单的高选择性功分比可重构宽带滤波功分器。仿真结果表明,该滤波功分器的功分比可重构范围为1:1至1:2.3,相对带宽为80%,通带衰减速率为0.22,各端口回波损耗均大于10d B且隔离度大于13d B。之后,通过引入嵌套U型DGS对该滤波功分器阻带性能进行优化,仿真结果表明,引入的嵌套U型DGS对该电路的三次谐波进行了抑制,使其阻带宽度和深度均得到了有效的提升。三、本文对频率可重构双频滤波功分器进行了研究。设计出了一种加载短路枝节的阶跃式阻抗三模谐振器,并利用开路端加载变容二极管的方法令该谐振器实现三个谐振频点可重构功能。通过优化算法实现三模谐振器与输入输出馈线之间合适的耦合结构,最终完成频率可重构双频滤波功分器的设计。仿真结果表明,该滤波功分器的双通带初始中心频率分别为0.84GHz和1.55GHz,中心频率可重构范围分别为9.5%和12.9%,通带相对带宽分别保持为6%和8%且端口回波损耗和隔离度均大于10d B。
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