论文总字数：26967字

摘 要

近年来，无线通信技术飞速发展，人们规划利用的频段也越来越丰富，微波滤波器的应用也变得更加广泛，人们对于滤波器的设计也提出来新的要求。悬置带状线结构作为带状线的变体，有着高Q值等优点，在滤波器设计中有很好的应用价值。

本文主要内容分为以下几个方面：

1. 论文首先研究了现代微波滤波器设计的方法以及高频率情况下滤波器的实现
2. 利用CST对悬置带状线结构的场分布、特征阻抗、色散等进行了仿真，分析了悬置带状线结构的特性
3. 在分析交指型结构的基础上，设计了一款悬置带状线交指滤波器并对影响性能的参数进行了分析，仿真得到在通带10.6 GHz-12.8 GHz内，滤波器插入损耗，部分频带内回波损耗不能满足。
4. 设计了一款悬置带状线发夹滤波器，实现在通带10.6 GHz-12.8 GHz内，滤波器插入损耗，回波损耗。

本文从滤波器设计理论出发，设计了两种谐振器类型的悬置带状线滤波器并进行了分析，对于微波器件的建模与滤波器的设计有一定的学术价值。

关键词：微波滤波器 ；悬置带状线；交指滤波器；发夹滤波器

Abstract

In recent years, wireless communication technology has developed rapidly, and the frequency bands that people plan to use have become more and more abundant. The application of microwave filters has become more extensive, and people have put forward new requirements for the design of filters. As a variant of the stripline, the suspended stripline structure has the advantages of high Q value and has good application value in filter design.

The main contents are given as follows:

(1) This paper studies the methods of modern microwave filter design and the implementation of filters at high frequencies.

(2) The field distribution, characteristic impedance and dispersion of the suspended stripline structure are simulated by CST, and the characteristics of the suspended stripline structure are analyzed.

(3) Based on the analysis of the interdigital structure, a suspended stripline interdigital filter is designed and the parameters affecting the performance are analyzed. The simulation results show that the filter insertion loss is more than -1 dB, the return loss in some bands is more than -15 dB.

(4) A suspended stripline hairpin filter is designed , within the passband 10.6 GHz-12.8 GHz ,the filter insertion loss is more than -1 dB, the return loss is less than -15 dB.

Key words: microwave filters; suspended stripline; interdigital filter; hairpin filter

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状与发展方向 2

1.3论文结构 4

第二章 微波滤波器基本理论 5

2.1低通原型滤波器 5

2.2频率变换 9

2.2.1低通到高通 9

2.2.2低通到带通 10

2.2.1低通到带阻 11

2.3微波滤波器的实现 12

2.4本章小结 13

第三章 悬置带状线特性研究 14

3.1悬置带状线结构 14

3.2悬置带状线场分布 15

3.3悬置带状线有效介电常数 16

3.4悬置带状线阻抗 16

3.5悬置带状线色散特性 18

3.6本章小结 18

第四章 悬置带状线交指滤波器的研究与设计 19

4.1交指滤波器结构 19

4.2悬置带状线交指滤波器的设计 20

4.2.1确定初始尺寸 20

4.2.2 参数扫描 26

4.2.3 连接SMA接头 28

4.2.4整体优化 29

4.3悬置带状线发夹滤波器的设计 30

4.4本章小结 33

第五章 总结与展望 34

5.1总结 34

5.2展望 34

参考文献 36

致 谢 38

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

微波滤波器能够在限定的频带范围内传输信号，按照设计的需要实现信号的选通和隔断，有着消除噪声、过滤镜频率干扰、减小频率分量的混叠、频分复用的功能，是重要的微波元器件之一，尤其是在语音图像处理、无线通信系统等领域都发挥着重要的作用。伴随着无线通信技术的发展，尤其是近十年来4G、5G等的开发利用，人们已经利用以及规划利用的频带越来越丰富，但是总的频谱资源是有限的，随着不断的开发，信号间频带越来越窄，已经出现了相对拥挤的状态，为了能够更加合理有效地利用频谱资源，人们对于滤波器的选频性能、抑制杂波的能力的要求也越来越高。除此之外，不止是对频谱的使用要求变高，人们对于滤波器本身的尺寸、成本也提出了更高的要求，滤波器的小型化、集成化也成为了重要的研究方向，这一切都推动着新型滤波器与其设计方法的出现。

在各种滤波器中，带通滤波器是最多被使用的一种，目前带通滤波器的设计有很多种结构形式，例如平行耦合型、梳状线型、交指型等。其中交指型滤波器技术最早在20世纪60年代就开始使用，其优秀的适用范围与频带宽度让它一直备受青睐而沿用至今，并结合传输线的发展有了很多新的形式，关于交指型滤波器的设计与改进的方法也在不断地更新与完善。基于微波传输线理论，微带平面滤波器也随之发展了起来，并且利用微带传输线进行设计的滤波器有着体积小、成本低、质量轻的优点，在微波范围和小尺寸方面有着很明显的优势，微带线和带状线结构非常符合滤波器小型化、集成化的趋势，具有良好的应用前景。作为带状线变种的悬置带状线有着与带状线性质相似的部分，但也有着较高的Q值等独特的优势，将悬置带状线结构与交指型滤波器的结合是实现宽通带、小尺寸滤波电路的优秀选择，在现代雷达系统中有着很好的应用。

随着现代计算机科学的发展，各种微波仿真工具也随之发展完善，这些电磁仿真软件可以得到随频率变化的S参数曲线，进行滤波器设计时可以使用电磁仿真软件对滤波器进行精确的建模，从而让微波设计变得简便明了，在滤波器的设计过程中，先理论推算出初始的结构参数，得到要设计的滤波器的雏形，然后使用电磁仿真软件对参数进行微调与优化，找到实现设计要求的最佳的参数，实现自己需要的性能，这样可以使用最少的时间，花费较少的精力和成本完成最优的设计。

1.2国内外研究现状与发展方向

滤波器作为一个具有选频作用的二端口器件，在现代无线通信网络中发挥着十分重要的作用，从滤波器首次出现至今的100多年间，各国的研究者为滤波器的发展做出了重要贡献，推动着整个微波行业的进步。

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