电耦合三阶带阻单元的滤波器设计(附件)
在无线通信技术中，我们使用了一个十分重要的元件，它就是滤波器。现代科技迅猛发展，无线通信技术也与时俱进，改变着人们的生活方式。一种高选择性的滤波器能够满足无线通信系统的需要，而且也能满足人们日常业务持续增长的需求。本课题通过在非相邻的枝节线之间引入额外的电耦合，这样做有个好处，就是可以引入额外的有限传输零点，有效地改善滤波器边带的频率选择性和带外抑制能力，从而进一步提高收发信机射频前端的灵敏度和抗干扰能力。这样做，能够提供可实行的解决方案，可以缓解当前无线频谱资源十分拥挤的状况，并且可以改善用户无线通信的质量和体验。关键词 带阻滤波器，电耦合，交叉耦合，椭圆函数
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 高性能滤波器的研究现状2
2 三阶带阻滤波器单元8
2.1 引言8
2.2 电耦合三阶带阻单元10
3 三阶带阻单元的实现15
3.1 非对称平行耦合线的设计15
3.2 奇偶模电长度的补偿15
4 基于π型带阻单元高阶滤波器的设计19
结论27
致谢28
参考文献29
1 绪 论
1.1研究背景
传统社会，人们通信依靠人力或者自然界资源，比如快马加鞭送信的模式，飞鸽传书，打仗的时候通过烽火台来传递信息；二十世纪初人们可以通过电报等形式进行通信；而自从有了手机，电脑等数码设备，通信技术发展迅猛，人们之间的通信方式又发生了天翻地覆的改变。现代社会已经颠覆了传统社会，在数字化，信息化的时代中，无线通信技术有着不可或缺的作用。相比较初期的窄带语音文字业务的移动通信内容，现在的集语音、互联网接入和多媒体娱乐等功能一体化的宽带综合业务有着更大的实用空间。初期的1G民用移动通信还不能够完全满足人们的日常需求，而现在的4G移动通信极大程度的迎合了市场需求和人们的日常需求。现在1G移动通信已经被市场所淘汰，2G移动通信还占据着一定的市场份额。前几年3G通信非常火爆，然而在市场还没有完全消化它时，4G通信已经迈向了正轨。而现在，5G正在逐渐兴起。希望在不久的将来5G通信能给我们的生活带来更大的改变。在无线通信系统收 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
发信机的射频前端，滤波器有着十分重要的地位。为了能够更好的处理大数据相关的业务，所需要的滤波器的性能就要更高，这就要求滤波器持续发展、高效发展，往宽带或者超宽带的方向发展，这样才能满足处理大数据业务的日常需求[12]。
在收发信机射频前端的频分复用、抑制带外干扰等方面，滤波器发挥着关键的作用。整个系统的性能几乎可以由滤波器性能的好坏决定的[3]。无线通信的发展日新月异，对滤波器性能的要求也随之提高。目前人们对互联网高质量的图像和高流量业务的需求越来越大，为了满足这一需求，移动通信正不断朝宽带方向发展。现在一个极具争议的焦点就是具有宽带及超宽带性能的滤波器。在无线通信领域，无线频谱的资源是非常有限的，而无线通信的标准和系统的不断增多使得通信信道越来越拥挤。如何处理这一问题，成为了许多开发者思考的方向。为了避免各个信道之间的相互干扰，并且提高接收机的灵敏度。射频前端的选频滤波器的性能需要优化，其需要具有更好的频率选择性和带外抑制能力。目前微波电路正在不断地向高度集成化方向发展。滤波器除了要满足高性能、小型化的要求之外，还需要具有低成本、易集成等诸多特性。在许多通信系统中，带阻、低通滤波器是抑制非理想谐波和杂散信号的关键部件。然而，传统的阶梯阻抗滤波器只能提供一个渐进的截止频率响应。为了达到快速的截止频率响应，我们所涉及的滤波器需要更多的单元，但是更多的单元也会增加通带和电路尺寸的插入损耗，所以这个问题还有待解决。
1.2 高性能滤波器的研究现状
为了满足人们日益增长的物质文化需要，无线通信技术还在快速发展中，我们希望在未来的生活中，无线通信技术能够给我们不一样的生活方式，因此，这就要求滤波器的发展也要跟上时代的步伐。然而现代社会中，信息产业和无线通信发展迅猛，微波频段显现出十分拥挤的状态。这种情况下，对滤波器的性能就提出了更高的要求。在滤波器中，额外的传输零点可以提高滤波器边带的频率选择性和带外抑制能力。虽然椭圆函数滤波器具有带外的有限零点，但是零点位置却是由滤波器的阶数决定的，而且只适用于零点位置对称的情况下。在传统的滤波器设计中我们可以通过增加滤波器的阶数来提高矩形系数。但是这样体积、带内插入损耗也就都增加了。在移动通讯基站多工器和双工器中使用的滤波器，除了对通带内小型化、低插入损耗有要求之外，对通带外的衰减也提出了非常高的要求。像最大平坦和切比雪夫这样传统的滤波器已经很难胜任复杂的工作。广义切比雪夫函数实现的这类滤波器通过非相邻谐振腔的交叉耦合，可以产生有限零点，这些零点可以是对称的。当然，也可以是非对称的。这样可以使得我们根据需要对滤波器的带外抑制度进行调节，从而提高滤波器的矩形系数。另外一方面，我们可以采用引入源与负载间直接耦合的方式。N阶交叉耦合滤波器可以实现N个带外有限远处的零点。但是这种结构需要源与负载之间有非常强的耦合。然而，在一些实际开发应用中，这样方式却很难实现。非谐振节点的引入，不需要源与负载直接耦合或者交叉耦合，N阶滤波器就能产生N个有限频率的零点。这种方法对于设计滤波器的模块化十分便捷。这种做法就是将简单的产生传输零点的结构进行级联，使得每个单元仍然独立的控制其零点，这种结构的滤波器便于调试，而且降低了制造公差的灵敏度。
最近由于集总电容的出现，使得半线性低通滤波器被公认为具有快速的截止频率响应。然而，焊接的集中部件不仅引入了寄生效应，而且使制作的可重复性变得很差。使用耦合线或阶梯阻抗发夹型谐振器的低通滤波器在截止频带中具有有限的衰减零点。然而，由于耦合线的电容太小，有限的衰减零点不能靠近通带。因此，截止频率响应是渐进的。目前我们提出了一种具有微带线部分和交指电容器的低通滤波器，其目的是为了使滤波器达到快速抑制的效果。这里分析的重点是定位衰减零点，这样做可以抑制特定的谐波和杂散信号。对于所需要的滤波器规格(例如，通带波纹，抑制电平，以及椭圆函数低通滤波器的等波纹阻带起始频率)几乎没有设计信息。另一方面，低通滤波器使用的是开槽地面结构。然而使用开放性短柱和高阻抗线的滤波器占据了较大的电路尺寸。
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 高性能滤波器的研究现状2
2 三阶带阻滤波器单元8
2.1 引言8
2.2 电耦合三阶带阻单元10
3 三阶带阻单元的实现15
3.1 非对称平行耦合线的设计15
3.2 奇偶模电长度的补偿15
4 基于π型带阻单元高阶滤波器的设计19
结论27
致谢28
参考文献29
1 绪 论
1.1研究背景
传统社会，人们通信依靠人力或者自然界资源，比如快马加鞭送信的模式，飞鸽传书，打仗的时候通过烽火台来传递信息；二十世纪初人们可以通过电报等形式进行通信；而自从有了手机，电脑等数码设备，通信技术发展迅猛，人们之间的通信方式又发生了天翻地覆的改变。现代社会已经颠覆了传统社会，在数字化，信息化的时代中，无线通信技术有着不可或缺的作用。相比较初期的窄带语音文字业务的移动通信内容，现在的集语音、互联网接入和多媒体娱乐等功能一体化的宽带综合业务有着更大的实用空间。初期的1G民用移动通信还不能够完全满足人们的日常需求，而现在的4G移动通信极大程度的迎合了市场需求和人们的日常需求。现在1G移动通信已经被市场所淘汰，2G移动通信还占据着一定的市场份额。前几年3G通信非常火爆，然而在市场还没有完全消化它时，4G通信已经迈向了正轨。而现在，5G正在逐渐兴起。希望在不久的将来5G通信能给我们的生活带来更大的改变。在无线通信系统收 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
发信机的射频前端，滤波器有着十分重要的地位。为了能够更好的处理大数据相关的业务，所需要的滤波器的性能就要更高，这就要求滤波器持续发展、高效发展，往宽带或者超宽带的方向发展，这样才能满足处理大数据业务的日常需求[12]。
在收发信机射频前端的频分复用、抑制带外干扰等方面，滤波器发挥着关键的作用。整个系统的性能几乎可以由滤波器性能的好坏决定的[3]。无线通信的发展日新月异，对滤波器性能的要求也随之提高。目前人们对互联网高质量的图像和高流量业务的需求越来越大，为了满足这一需求，移动通信正不断朝宽带方向发展。现在一个极具争议的焦点就是具有宽带及超宽带性能的滤波器。在无线通信领域，无线频谱的资源是非常有限的，而无线通信的标准和系统的不断增多使得通信信道越来越拥挤。如何处理这一问题，成为了许多开发者思考的方向。为了避免各个信道之间的相互干扰，并且提高接收机的灵敏度。射频前端的选频滤波器的性能需要优化，其需要具有更好的频率选择性和带外抑制能力。目前微波电路正在不断地向高度集成化方向发展。滤波器除了要满足高性能、小型化的要求之外，还需要具有低成本、易集成等诸多特性。在许多通信系统中，带阻、低通滤波器是抑制非理想谐波和杂散信号的关键部件。然而，传统的阶梯阻抗滤波器只能提供一个渐进的截止频率响应。为了达到快速的截止频率响应，我们所涉及的滤波器需要更多的单元，但是更多的单元也会增加通带和电路尺寸的插入损耗，所以这个问题还有待解决。
1.2 高性能滤波器的研究现状
为了满足人们日益增长的物质文化需要，无线通信技术还在快速发展中，我们希望在未来的生活中，无线通信技术能够给我们不一样的生活方式，因此，这就要求滤波器的发展也要跟上时代的步伐。然而现代社会中，信息产业和无线通信发展迅猛，微波频段显现出十分拥挤的状态。这种情况下，对滤波器的性能就提出了更高的要求。在滤波器中，额外的传输零点可以提高滤波器边带的频率选择性和带外抑制能力。虽然椭圆函数滤波器具有带外的有限零点，但是零点位置却是由滤波器的阶数决定的，而且只适用于零点位置对称的情况下。在传统的滤波器设计中我们可以通过增加滤波器的阶数来提高矩形系数。但是这样体积、带内插入损耗也就都增加了。在移动通讯基站多工器和双工器中使用的滤波器，除了对通带内小型化、低插入损耗有要求之外，对通带外的衰减也提出了非常高的要求。像最大平坦和切比雪夫这样传统的滤波器已经很难胜任复杂的工作。广义切比雪夫函数实现的这类滤波器通过非相邻谐振腔的交叉耦合，可以产生有限零点，这些零点可以是对称的。当然，也可以是非对称的。这样可以使得我们根据需要对滤波器的带外抑制度进行调节，从而提高滤波器的矩形系数。另外一方面，我们可以采用引入源与负载间直接耦合的方式。N阶交叉耦合滤波器可以实现N个带外有限远处的零点。但是这种结构需要源与负载之间有非常强的耦合。然而，在一些实际开发应用中，这样方式却很难实现。非谐振节点的引入，不需要源与负载直接耦合或者交叉耦合，N阶滤波器就能产生N个有限频率的零点。这种方法对于设计滤波器的模块化十分便捷。这种做法就是将简单的产生传输零点的结构进行级联，使得每个单元仍然独立的控制其零点，这种结构的滤波器便于调试，而且降低了制造公差的灵敏度。
最近由于集总电容的出现，使得半线性低通滤波器被公认为具有快速的截止频率响应。然而，焊接的集中部件不仅引入了寄生效应，而且使制作的可重复性变得很差。使用耦合线或阶梯阻抗发夹型谐振器的低通滤波器在截止频带中具有有限的衰减零点。然而，由于耦合线的电容太小，有限的衰减零点不能靠近通带。因此，截止频率响应是渐进的。目前我们提出了一种具有微带线部分和交指电容器的低通滤波器，其目的是为了使滤波器达到快速抑制的效果。这里分析的重点是定位衰减零点，这样做可以抑制特定的谐波和杂散信号。对于所需要的滤波器规格(例如，通带波纹，抑制电平，以及椭圆函数低通滤波器的等波纹阻带起始频率)几乎没有设计信息。另一方面，低通滤波器使用的是开槽地面结构。然而使用开放性短柱和高阻抗线的滤波器占据了较大的电路尺寸。
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