论文总字数：24826字

摘 要

Abstract 5

第一章 绪论 6

1.1 研究背景和意义 6

1.2 发展现状与趋势 6

1.3 研究内容与安排 7

1.3.1 课题研究内容 7

1.3.2 本文各节安排 7

第二章 微波滤波器设计 8

2.1 滤波器的类型 8

2.1.1 集总参数滤波器 8

2.1.2 介质滤波器 8

2.1.3 腔体滤波器 8

2.1.4 晶体滤波器 9

2.1.5 微带电路滤波器 9

2.2 滤波器的性能参数分析 9

2.3 镜像参量法实现滤波器 9

2.4插入损耗法设计滤波器 10

2.4.1 功率损耗比特征 10

2.5 低通滤波器设计 12

2.5.1 最平坦低通原型滤波器 12

2.5.2 等波纹原型滤波器 15

2.6 滤波器转换 18

2.6.1 阻抗和频率定标 18

2.6.2 带通变换 20

2.7滤波器的实现 21

2.7.1 理查德变换 21

2.7.2 恒等关系变换 22

第三章 微带滤波器仿真设计过程 24

3.1 滤波器设计指标 24

3.1.1 滤波器指标要求 24

3.1.2 基板参数指标 24

3.1.3 滤波器性能选取 24

3.2 带通滤波器设计 25

3.2.1 第一频段滤波器的设计与分析 25

3.2.1.1 集总参数结构仿真 25

3.2.1.2 微带结构形式仿真 26

3.2.1.3 微带结构系统优化与分析 28

3.2.2 第二频段滤波器的设计与分析 29

3.2.2.1 集总参数结构仿真 29

3.2.2.2 微带结构形式仿真 31

3.2.2.3 微带结构系统优化与分析 32

3.2.3 第三频段滤波器的设计与分析 34

3.2.3.1 集总参数结构仿真 34

3.2.3.2 微带结构形式仿真 35

3.2.3.3 微带结构系统优化与分析 36

3.3 带通滤波器原理图仿真 38

3.3.1 滤波器版图仿真 38

3.3.2 结果分析 40

第四章 合路器的设计 41

4.1 合路器应用背景 41

4.2 合路器通道设计 41

4.2.1 第一段微带滤波器设计 41

4.2.1.1 滤波器仿真设计 41

4.2.1.2 滤波器结果分析 42

4.2.2 第二段微带滤波器设计 42

4.2.2.1 滤波器仿真设计 42

4.2.2.2 滤波器结果分析 43

4.3 合路器总体仿真 43

4.3.1 合路器仿真设计 43

4.3.2 合路器结果分析 45

4.4 本章总结 45

第五章 总结 45

致谢 46

参考文献 46

基于多通信频段的合路器设计

学号：04012422 学生姓名：任权

指导老师：曹振新

摘 要

随着无线通信技术的快速发展，为避免不同信号在各信道之间造成的相互干扰，合路器的出现恰好解决了这个问题。本文分析了当前合路器的发展趋势与研究意义，对微带滤波器的设计过程进行介绍，利用微波理论知识对三个频段微波滤波器展开设计，使每个频段的指标均达到通带-0.5dB，阻带-15dB，进而对合路器的设计过程进行探讨。通过ADS和HFSS软件对合路器进行仿真及微带线参数调整，从而设计出满足目前通信要求的滤波通道。本次设计的创新点在于利用LC型滤波器设计合路器，并且整个带内衰减性能都有所改善。该合路器的设计方法较简单，有利于滤波器的设计。

关键词：低通原型滤波器，微带线，驻波比，合路器

Design of the combiner based on multi band communications

Renquan

Supervised by Caozhenxin

Abstract

With the rapid development of wireless communication technology, in order to avoid the mutual interference caused by different signals in each channel, Multiplexer can solve this problem. Based on the analysis of the current multiplexer of development trends and significance of the research, the microstrip filter design is introduced, and using microwave theory knowledge to design three frequency bands microwave filter. the index of each frequency band need reach 0.5 dB ripple in pass-band and 15 dB ripple in stop-band, and the design process of the multiplexer is discussed. Through ADS and HFSS software, multiplexer is simulated and the parameters of the microstrip line are adjusted, so as to design the filter channel which can meet the current communication requirements. The innovative point of this design is the usage of LC filter design, and the entire band attenuation performance has improved. The design method of the multiplexer is simple and it is advantageous to the design of the filter.

Key words: lowpass filter, microstrip line, standing-wave ratio (SWR), combiner

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

进入21世纪，无线通信技术的迅猛发展，信息的交换速率不断加强，无线通信改变了人们的精神和物质需求，因而对于通信频段的利用也提出来更高的要求。滤波应用电路在这样的背景下将发挥不可替代的作用，并随着信息产业的发展而不断进步。随着这种新技术的开发，通信系统的更新也越来越需要一种在已有通信系统的条件提取出固定频段信号的新技术，正由于对通信频段提出更高的要求，促使滤波器产业技术的开发和研究向更高的标准迈进。随着现代科技的发展，多频现象越来越存在于我们的日常生活之中，尤其是在雷达，通信等行业，正因为对多频的需要，如何更好的利用与识别出各频段的信息，对此提出的要求也随之日益提高，最终的结果就是大量使用微带滤波器。于此同时，固有形式的滤波器在微波领域内不断推广极大促进了微带滤波器的研发，不断改善着滤波器的结构。如在微波领域中的放大器，固态混频器，固态倍频器等设备都需要使用合适的滤波电路才能完成多频工作。

1.2 发展现状与趋势

19世纪初期，滤波电路的研究在西方发达国家十分盛行，著名科学家 K.w.wagner和GA.CanbeU创造出滤波电路的新思路，带来了滤波器的空前发展。随着在高新技术领域的的不断创新，大量的科技人员开始利用集总参数元件系统设计滤波器，并不断的完善已有的理论体系和不断的创造新的理论成果。19世纪中叶左右出现的金典两步高标准设计滤波器的方法至今仍在利用，第一步是根据指标要求设计出系统的传输函数，第二步则是由第一步所确定的传输函数所估算的系统响应来整合滤波电路。随着通信应用频带的不断加宽，迅速进入到了微波领域，滤波器的内部器件也由集总参数元件向一个全新的方向发展。于此同时，随着对滤波器电路的要求不断加大，滤波器的本身属性要求也因此被迫改进，当然最后又反过来又极大地推动着滤波器的发展。40年代，P.D.Richtmeyer报道出了介质谐振器，到了70年代，不仅温度稳定性能好而且品质因数值相当高的瓦瓷的出现极大的推动了介质滤波器的向前发展，对滤波器领域注入了新的活力，介质滤波器在微波通信领域己成为了最常见且最重要的器件。随着时间的推移，高温超导材料在80年代诞生，其不仅拥有极小的尺寸而且在信号传播过程中损耗也极低，新型滤波器开发利用成为这个年代滤波器设计方向最大的焦点，不断得到人们的认可，在实际生活中起着越来越重要的作用。

微波滤波器是集总滤波器的微带形式，正因为工程上的大量需求，在目前通信领域中不断被推广。微波滤波器通常存在于射频电路输入与输出间，且对于不同的微带结构滤波器通常其特性要求和功能都大不相同。带通滤波器的作用首先是要防止信号在开始传播时出现功率泄漏，功率谱扩散可能会引发信号在接收时无法正常显示；其次要滤去镜频对称等噪声信号；最后要滤去本机振荡器造成的功率谱线扩展现象。所以处于接收端的带通滤波电路主要用以滤掉噪声信号，干扰信号的滤除将会直接减少通带内的插入损耗，提高接收的灵敏度。而处于发射端滤波电路主要的功能就是在发射端产生尽可能小的外散辐射功率，而这些辐射功率对其他的通信系统会产生极大的干扰，严重破坏系统的性能。通常无用信号大都来源于有用信号在发送过程中其频谱带来的的二次谐波、三次谐波等。除此之外，微带滤波器还有一个优点就是能衰减掉在发射信号到达接收端时频段内引入的噪声，将其抑制到接收机的所能识别的范围之下。发射端的滤波电路因此需要有一个相对较宽的阻带来衰减非有用信号，同时通带插损必须小并且还要能在输出端信号为较高电平时在能够处理的范围内。

1.3 研究内容与安排

1.3.1 课题研究内容

本文主要是对多通信频段合路器的原理、设计实现进行了介绍。多通信频段合路器实现过程首先是利用仿真软件对集总参数形式的电路进行估算，接着再根据微带线转化理论将集总元件转化为微带线结构，按照一定的参数标准设计处对应的原型滤波器。随后，再由原型滤波器（一般为低通滤波器）再转变为带通滤波器。利用微带线设计滤波器时，微带线的长度和宽度会严重影响系统的极零点，最终导致系统不可用。在对单一通道进行合路的设计过程中，整个系统每段微带线的改变都会影响系统的响应，因此在设计合路器时需要我们对每个微带线的参数有明确的了解。在对单一通道进行优化时，可以利用ADS和HFSS仿真软件查看系统的驻波特性，改变微带线参数前也应该清楚其对系统的影响，其中也应包括微带滤波器的设计过程、系统响应分析过程、微带线各参数调整优化过程。在研究合路器电路时也应包括对微带滤波器的整体设计与仿真分析，对结果进行对比分析，最后对微带滤波器中的每个微带线参数进行分析并不断优化参数，使其响应满足最初指定的要求。

1.3.2 本文各节安排

第一章节主要是了解当前合路器为何会在无线通信领域有着极大的需求以及合路器的使用对未来通信的影响。了解通信合路器目前的发展现状和趋势以及在微波通信领域的作用；

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