双通带滤波器设计

论文总字数：23583字

摘 要

本文主要叙述了一种微带双通带带通滤波器的设计，该设计是基于一种新型的，并联非等长微带开路线的阶梯阻抗谐振器来进行的。本文首先，对耦合谐振带通滤波电路的设计方法进行分析，基于J、K变换器推演设计了，中心频率在2.45GHz，相对带宽为15%的带通滤波器，并对滤波器的耦合系数和外观品质因数的提取进行说明。其次有关于双通带滤波器的设计中，主要介绍了利用阶梯阻抗谐振器SIR，来耦合谐振实现目标的相关原理，以此为基础，介绍了一种新型的阶梯阻抗谐振器结构，即并联不等长开路微带线的阶梯阻抗谐振器结构，SLSIR，基于奇偶模分析法说明其双频滤波特性。利用全波仿真工具，采用该结构的耦合谐振滤波电路，依据其耦合系数和外观品质因数，设计了双通带分别在2GHz和3.7GHz以及3.3GHz和5GHz的双频带通滤波器，且通过引入传输零点的方式对寄生通带进行了一定抑制，在兼顾滤波器各通带回波损耗、插入损耗等相关指标的情况下进行了优化，最终得到的双通带滤波器指标良好，基本达到原定设计目标。相关设计使用了CST和ADS两款软件进行。

关键词：双通带滤波器；阶梯阻抗谐振器；微带线

Abstract

In this paper, it reports a design of the microstrip dualband bandpass filter based on a new structure of stepped impedance resonator. In the first, it analyzes the design methods of bandpass filter using coupled resonators. A microstrip parallel coupled bandpass filter with the central frequency of 2.45GHz and 15% fractional bandwidth is designed in a classic design method. Besides, the extraction of coupling coefficient and external quality factor of the filter is introduced. After summarizing the theory of dualband bandpass filters designs based on stepped impedance resonators, it introduces a new type of stepped impedance resonator, unequal length shunted-line stepped impedance resonator in this paper and its frequency characteristics are illustrated through the odd-even mode analytical method. This paper reports two dualband bandpass filters, which have the central frequency of 2GHz and 3.7GHz, 3.3GHz and 5GHz respectively using this structure of stepped impedance resonators depending on their coupling coefficient and external quality factor, and suppressing the spurious passband by the way of introducing a transmission zero. Taking the return loss, insertion loss and other targets of filter design into account, the optimization procedure is completed and the final dualband bandpass filter has achieved the original design goal. Designs in this paper are completed by CST and ADS.

Key Word：dualband bandpass filter; stepped impedance resonator; microstrip

目 录

摘要 ....................................................................................................................................................I

Abstract ...............................................................................................................................................II

第一章 绪论 1

1.1微波滤波器的历史和发展 1

1.2双频滤波器的研究背景意义和国内外现状 2

1.3篇章结构 3

第二章 耦合谐振带通滤波电路设计方法 4

2.1基于J、K变换器的耦合谐振滤波电路设计 4

2.1.1基于耦合变换器设计耦合谐振滤波电路的基本原理 4

2.1.2耦合微带线的分析方法 5

2.1.3平行耦合微带线带通滤波器的设计原理 7

2.1.4基于平行耦合微带线的2.45GHz带通滤波器的设计 8

2.2基于外观品质因数Q_e和耦合系数k设计耦合谐振滤波电路 11

2.2.1滤波器外观品质因数Q_e和耦合系数k的计算和提取方法 11

2.2.2耦合系数k和品质因数Q_e的基础研究 11

2.2.3基于耦合系数k和外观品质因数Q_e的带通滤波器设计方法 14

第三章 传输线谐振器：UIR和SIR 15

3.1均匀阻抗谐振器UIR 15

3.2 均匀阻抗谐振器UIR到阶梯阻抗谐振器SIR的演变......................................................16

3.3阶梯阻抗谐振器SIR 17

3.2.1阶梯阻抗谐振器SIR的基本结构 17

3.2.2谐振器SIR实现双频滤波的条件和相关研究 18

第四章 基于SLSIR的双频带通滤波器设计 20

4.1并联开路线阶梯阻抗谐振器SLSIR的基本结构和谐振条件 20

4.2利用SLSIR实现双频带通滤波器的设计流程和设计要点 22

4.2.1SLSIR设计双频带通滤波器的流程 22

4.2.2在基于SLSIR的双频带通滤波器设计中的要点 24

4.3基于SLSIR的双频带通滤波器的设计 25

第五章 总结与展望 32

参考文献 33

致 谢 34

第一章 绪论

1.1微波滤波器的历史和发展

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