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本论文针对微波多通带滤波器和超宽带滤波器进行研究。在多通带滤波器方面,提出了多种新型的双通带滤波器和三通带滤波器,分别给予了实现。在宽带滤波器方面,首先对短路短截线滤波器作了改进,通过调整短路短截线的长度实现零点在高频阻带的优化分布,且通过在连接线段中间加载开路短截线引入带外零带;然后提出一种互抽头的耦合结构来实现结构紧凑的超宽带滤波器。本论文的研究成果在无线通信和雷达系统的微波电路设计具有重要的应用价值。
本论文第一章首先对无线通信系统中的双通带、三通带和超宽带滤波器的研究现状进行了回顾。目前双通带滤波器已有的一些实现方案不足以满足微波系统对滤波器的复杂需求,性能需要提高,体积需要缩减,形式需要更多样。三通带滤波器方面,绝大多数方案局限于使用阶梯阻抗谐振器,其耦合网络非常复杂,需要使用新的方案来提高性能并简化设计。超宽带滤波器已经经历了较长时间的发展,但是在纯粹微带工艺实现方面方案较少,需要小型化,且抑制性能需要提高。
第二章介绍了和本文相关的一些经典微波滤波器理论和现代综合技术。这其中涉及到与后面章节内容相关的耦合谐振器滤波器、短截线带通滤波器、短截线带阻滤波器等等。
第三章主要关注于双通带滤波器的实现。其中提出了几个方案:l,在短路短截线滤波器的λ/4连接线段的中点处加载带阻元件,以使得该连接线段成为一个部分失效的J变换器,从而将通带一分为二,产生双通带滤波器。其中被用来加载的带阻元件可以是串联接地的LC谐振器,也可以是开路短截线。在设计中使用了优化方法。这种方法能实现较宽带宽,且带宽比和中心频率比的设计裕度较大。2,交指耦合的悬置线λ/4谐振器对由于其奇模和偶模谐振频率相距较远,因而在本文中被用作实现双通带滤波器。这种双通带滤波器结构紧凑且损耗较低。3,提出了一种新型集总参数双模谐振器,其中包含三个并联接地电容和两个串联电感。这种双模谐振器可用于实现双带通滤波器。输入输出耦合和级间耦合都采用电容耦合方式。这种滤波器的拓扑结构与传统管状滤波器类似,仅包含并联接地电容、串联电容和串联电感三种元件,且所有元件一字排开。本文中采用悬置微带线准集总参数形式实现。这种滤波器网络具有普遍性意义,可以以传统管状滤波器工艺来实现UHF频段双带通滤波器。
第四章提出了一种新型的宽带三带通滤波器,其实现基础是作者首创的T型分支。该T型分支由一个连接传输线段、一个开路传输段和一个短路传输段连接而成。通过分析一个等臂长T分支的输入导纳,知道其有三个零点和两个极点,分别对应于三通带滤波器的三个中心频率和两个带间零点。从同一个分布式低通原型网络推导出三通带滤波器的各个谐振器各模式的电纳斜率,并用遗传算法求得每个T型分支的电路参数,完成了三通带滤波器的设计。针对通带不等宽且不对称分布的情况,提出了不等臂长T分支,并用遗传算法求解了T分支的电路参数。这种三通带滤波器克服了阶梯阻抗三通带滤波器需要同时实现三套耦合系数的困境,而只需实现三套电纳斜率,显然降低了滤波器实现的复杂性。同时该滤波器具有宽带,低损耗,高隔离的优点。
第五章针对短截线超宽带滤波器带外抑制较低,且谐波通带太近的问题,提出了在λ/4长的连接线段的中心位置加载开路短截线,以引入带外传输零点的方法。这种方法理论上可以引入N-1个零点。另外通过延长原短截线的长度,将本来位于2f0的N个传输零点作了优化分布,以提高上通带的矩形系数。在设计中使用优化方法。获得的滤波器在上通带边缘具有陡峭下降沿。
第六章提出了一种新型的超宽带滤波器方案。这种方案将原来仅能实现窄带滤波器的微带梳状滤波器的耦合方式做了修改,使用一个所谓“互抽头”的短线在某一个高度连接相连的两个谐振器。这种方式新的耦合方式可以获得很大的耦合带宽,从而可以实现超宽带滤波器。奇偶模分析法用于计算耦合系数。作为实例,我们设计并加工了一个通带为8.5-13GHz的滤波器。
第七章总结了本论文的主要工作,并且对今后的工作作了展望。