代號！ 學 號 密 級 公開 二 分類號一一 帚簧它手料簸競警 碩士學位論文題（中、英文）目一變豐鯉堂逼逮渡器的遮讓 一旦！；吐嫂吐！吐一衛孕盟一墮！鯉暮作者姓名一旦往軍指導教師姓名、職務一一壬家禮一教援學科門莢工抖一學科、專業一一捌試計量技術強儀器一提交論文日期一三土年月 摘要 摘要 近年來，隨著移動通信、電子對抗和導航技術的飛速發展，對新的微波元器件的需求和現有器件性能的改善提出了很高的要求。微波帶通濾波器作為一種重要的微波元器件在近幾年來也得到了大力的發展。因此，對微波濾波器理論和設計方法的研究，已經引起了國內外器件工程師的極大興趣。 本文以交指型帶通濾波器為研究的對象，主要研究了圓桿交指型帶通濾波器的設計和懸置線交指型帶通濾波器的設計，采用綜合法的經典公式與計算機仿真工具相結合的方法方便和簡化了設計過程，提高了設計和加工的準確性。首先簡要的介紹了微波濾波器的分類和主要參數，并從理論上詳細介紹了微波濾波器的設計方法，而且重點介紹了交指型帶通濾波器設計的基本理論和方法：接著通過上述的終端短路式交指型帶通濾波器設計原理和方法，利用軟件編程計算出自電容和互電容，結合圖表計算出交指型帶通濾波器幾何尺寸參數的初值；然后利用先進的微波仿真軟件對幾何尺寸參數的初值進行了仿真、優化，以得到濾波器幾何尺寸參數的終值，使其能夠滿足最初的設計指標要求，最終的仿真結果說明了這種方法的可行性和實用性。關鍵詞：微波濾波器交指型濾波器 自電容互電容 ， ， ， ?澹觶澹歟錚穡澹? ， ） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： 西安電子科技大學 學位論文獨創性（或創新性）聲明 秉承學校嚴謹的學風和優良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔切的法律責任。 本人簽名：魚絲笙 日期迦：！：竺 西安電子科技大學 關于論文使用授權的說明 本人完全了解西安電子科技大學有關保留和使用學位論文的規定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬西安電子科技大學。學校有權保留送交論文的復印件，允許查閱和借閱論文；學校可以公布論文的全部或部分內容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，畢業后結合學位論文研究課題再攥寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學。 （保密的論文在解密后遵守此規定） 本學位論文 年解密后適用本授權書。 日期且垃 本人簽名： 日期型幽：！：竺 導師簽名： 第一章緒論 第一章緒論 引言 微波濾波科】是雷達系統，通信系統，測量系統等必不可少的組成部分，同時也是最為重要，技術含量較高的微波無源器件，一般被用來分開或整合不同頻段的信號。電磁波譜是有限的，且需按應用加以分配。微波濾波器具有選頻功能，可以分隔頻率，即通過所需的頻率信號，而抑制不需要的頻率信號。 由于在目前的實際應用中，雷達、微波通信、移動通信等部門中多頻率、多信道工作的要求越來越普遍，對分隔頻率的要求也越來越高，所以需要使用大量的微波濾波器，它既能夠限定大功率發射機在規定頻帶內輻射，反過來又可以用來防止接收機受到工作頻帶以外的干擾。從超長波經微波到光波以上的所有電磁波段，都需要使用各種形式的濾波器【】。 微波固體器件的應用對微波濾波器的發展也有巨大的推動作用。因為像參量放大器、微波固體倍頻器、微波固體混頻器等一類電路元件都是在多頻率下工作的，因此需要有相應的濾波器為其提供可靠的工作頻段。因此，微波濾波器己成為一種十分重要的微波器件 微波濾波器有許多的種類，其中交指型帶通濾波器是微波濾波器中一種比較常用的結構形式。交指型帶通濾波器的適用范圍非常廣泛，其相對帶寬可以從窄帶的一直變化到寬帶的以上甚至更寬，其頻帶的變化范圍可以從到波段 交指濾波器是指由平行耦合線諧振器陣交叉組成的結構，結構多用做慢波系統，但近來研究表明，它具有優良的帶通特性，具有如下優點： （）結構緊湊、可靠性高； （）由于每個諧振器問的間隔較大，故公差要求較低，容易制造； （）由于諧振桿長近似等于氣，所以第二通帶中心在鰳以上，其問不會有寄生響應； （）既可以作成印刷電路形式，又可以作成腔體結構，用較粗的孝作成自行支撐，而不用介質。 因此，交指型濾波器在電子系統，尤其是在通信技術及近代航空航天領域中被廣泛使用。同時近年來隨著計算機技術突飛猛進的發展，出現了一些新的、實用的計算機微波仿真工具，如（ ）、等一系列微波電路的仿真軟件，還有一些三維高頻電磁場仿真軟 交指！帶通濾波器的設計件，如德國公司的 （微波工作室）、美國公司的（高頻電磁場仿真）這些實用的仿真軟件對于設計出的參數可以進行進一步的仿真、優化，以達到在實際加工中的準確性和一致性。 目前這類濾波器的設計方法多采用近似的方法，即首先用綜合法求得電容矩陣，再由電容矩陣用查曲線方法求物理結構尺寸，在加工之后用微調方法得到所要的特性，這種方法可以滿足一定的精度要求。由于計算機技術突飛猛進的發展， 目前在工程上比較普遍和流行的方法是，在使用綜合法算得奇偶模電容值后，接著通過查曲線方法得出各個諧振卡的物理幾何尺寸，再在計算機上利用些實用的微波電路仿真設計軟件如（高頻電磁場仿真）和（ ），對計算結果進行進一步的仿真和優化，以滿足最初設計的指標參數要求。最后將優化后的尺寸參數加工出實際的成品。這種通過綜合法與計算機仿真工具相結合的方法方便和簡化了設計過程，提高了設計和加工的準確性和工程中的成品率。 當前研究情況 年德國科學家開創了一種以“瓦格納濾波器”聞名于世的濾波器設計方法，與此同時在美國，則發明了一種以圖象參數而知名的設計方法 年，兩國的科學家分別發明了濾波器，次年美國第一個多路復用系統面世。從此許多科研人員開始積極地和系統地對采用集總元件電感和電容的濾波器設計理論的研究。隨著濾波器設計理論的深入研究、材料領域的不斷進步及工作頻率的同益升高，濾波器的設計由原先的集總參數元件濾波器逐漸擴展到分布參數元件濾波器。年，報道了介電濾波器，由于當時材料的溫度穩定性不高使該種濾波器不足以實際應用。世紀年代以來，隨著陶瓷材料的發展，介電濾波器的應用得到了迅速發展。近年來，小型化的趨勢促進了各種類型微波濾波器的發展。世紀年代，出現了高臨界溫度超導材料，被認為極有可能用于設計出極低損耗和極小尺寸的新穎微波濾波器。目的，高溫超導濾波器逐步使用在軍事和商業領域。 由于現在的微波射頻應用系統越來越向小型化集成化發展，微波平面濾波器倍受青睞，其中最主要的是新材料新技術的應用，主要發展方向有五個，一是微波集成電路（），二是高溫超導材料（）及技術，三是與計算機控制技術和微加工技術相結合的微機電系統（），四是低溫可燒結陶瓷材料的應用（）五是光子晶體（）材料及結構應用 隨著現代材料科學與電子信息科學技術的交叉滲透和全面發展，全固態化的各類片式高頻、微波濾波器和中頻濾波器，向著高性能、?統殺盡突咂?第一章緒論化等各方面飛速發展【 超導濾波器【 高溫超導體韻發現，是世紀基礎研究的一個極為重要的成果，近年來，人們對高溫超導體電性能的研究取得了長足的進步。與此同時，一批性能卓越的高溫超導微波無源器件也相繼誕生了。 高溫超導（）材料具有接近于無耗的特性，在微波頻段的表面電阻接近零，利用它可以構成高質量的微波諧振器、濾波器、多工器和天線等。利用高溫超導（）薄膜可構成微帶，帶狀線、一面波導濾波器等。這些濾波器具有極高的無載值、理想的微波特性、很低的插入損耗和帶內衰減，并且有非常陡的平移特性，而且濾波器的尺寸可以做得很小，易于與其它微波集成電路元件集成。這樣可以充分利用信號頻帶，增加互不干擾的信道數量，并能避免信號傳輸失真，超導濾波器不僅帶內衰減低，而且相位延時和色散特性也大為改善。用由超導濾波器、低噪聲前置放大器、小型制冷機和電子控制系統組成的超導濾波器系統代替現有移動通信基站中由普通金屬濾波器組成的常規濾波器系統，可大幅得提高通話質量，增加通話容量，擴大基站的覆蓋面積，增加基站的抗干擾能力，降低手機發射功率，具有誘人的發展前景。 聲表面波（）濾波器 濾波器的體積小，質量輕，一致性好，便于批量生產，性能價格比較合理，品質因數和帶阻高，可廣泛用于射頻端和中頻系統。并可滿足多模、多頻段移動終端的雙工器或多工器。 射頻濾波器以其小型輕量及優良的性能價格比，廣泛用于各類移動電話的級間帶通濾波。新一代移動通信進一步促進濾波器繼續向小型化、高頻化、復合化發展。早期的普遍采用（）的尺寸規格，現在隨著微電子技術進入亞微米時代，力技術己趨成熟，可滿足一頻段器件的設計制造要求。 （階躍阻抗諧振器）濾波器列 階躍阻抗結構的傳輸線諧振器久為人知，但一般用作阻抗變換器，直到近年才用于微帶濾波器。是由兩個以上具有不同特性阻抗的傳輸線組合麗成的橫向電磁場或準橫向電磁場模式的諧振器。 根據原理設計的帶通濾波器比一般的發央線微帶濾波器的尺寸小一半以上，同時顯示了極大的優越性。此外通過調節耦合線段和非耦合線段的阻抗比，還可以控制寄生通帶在頻率軸上的位置，從而具有較好的抑制諧波性能。 另外，與己知的平行耦合線、發央型、交指型等結構相結合，又能設計出滿足不同性能要求的濾波器。在基于多媒體的全球個人通信系統中將表現出極大的優越性。 交指型帶通濾波器的設計 有源微波濾波器 蜂窩通信、和電視廣播等微波系統，一般要求使用低價格、高性能、全集成的商用收發設備。但該頻段的集成諧振器的值較低、損耗較高。 利用有源器件的負阻特性去抵消諧振電路的損耗來改善值，是微波有源濾波器的基本原理，值的改善降低了濾波器的通帶損耗，提高了阻帶抑制，使矩形系數得到明顯改善。微波有源濾波器的目的是不失真地通過所要求的通帶信號，同時盡可能大地抑制不需要的阻帶信號。 因此，研究和發展微波有源濾波器是實現該頻段低損耗和高性能微波集成濾波器的重要手段，具有很大的市場潛力。 ， 薄模聲學體波共振技術 近年來，薄模聲學體波共振技術（）給射頻端濾波器小型化和集成化帶來一線曙光。當然，許多問題設計工藝控制與封裝過程，有待解決。典型的測試結果顯示，技術帶來的高值和高耦合系數可與高級的陶瓷和聲表面波振子相媲美。目前達到的值已超過，與基于陶瓷的產品相比，在小型化方面占有絕對的優勢，可實現體積小于目前基于陶瓷產品的產品。的電特性已達到目和陶瓷雙工器的性能標準。 ：本論文研究的問題 本課題以交指型帶通濾波器為研究的對象，主要研究了圓豐丁交指型帶通濾波器的設計和懸置線交指型帶通濾波器的設計，采用綜合法的經典公式與計算機仿真工具相結合的方法方便和簡化了設計過程，提高了設計和加工的準確性，全文共分章。 第一章是緒論部分，主要會紹微波濾波器的發展歷程和當前研究情況，各章節具體的安排。 第二章主要介紹濾波器的基本理論，其中包括濾波器的分類，低通原型濾波器。最平坦低通原型濾波器，切比雪夫低通原型濾波器，頻率變換及元件值變換，變換器和變換器等。 第三章講述交指型帶通濾波器的設計的基本理論與設計方法。其中包括交指型濾波器的類型，終端短路式和終端丌路式濾波器的設計方法。 第四章結合具體的設計實例闡述了設計交指型帶通切比雪夫濾波器的具體方法和步驟，同時給出了仿真結果。 第五章對全文內容作了簡單總結，指出了濾波器的發展與趨勢。 第二章濾波器的基本理論和設計 第二章濾波器的基本理論和設計 濾波器的分類和主要參數濾波器的分類 微波濾波器可以按不同的觀點進行分類：接作用分類（如帶通，帶阻等）；按結構分類（如同軸線、波導等）：方式分類（如反射式、吸收式等）：按應用分類（如可調或固定調諧的）；加載方式分類（如單終端的、雙終端的等）；按能量形式分類（電磁的、自旋波的、聲的）；頻帶大小分類（如寬帶、窄帶等）；按功率容量分類（如大功率、低功率）等等。顯然這些分類，多少有些隨意性，因而在各種分類方式問都會有相當的重迭。 這里把一些常用微波濾波器分為以下幾類： 直接耦合或波長耦舍諧振器濾波器 這是一種端耦合濾波器，它適用于同軸線、帶狀線、波導各種形式，在處有一次衰減極點，而附加通帶以為周期（即帶通濾波器第二通帶的中心頻率），在主，副響應間無衰減極點，主響應與第二通帶日峰值衰減的分貝數（）隨相對帶寬的增加而減少（當蔓時其大小合適，而當時，它 通常只有分貝）。其設計方法有二：一是基于集總元件低通原型，另一是基于階梯阻抗變換器原型。法適于較小的相對帶寬（）和中等通帶波紋的窄帶帶通濾波器的設計，而后法則適用于較大的相對帶寬（乃至倍頻程）和較小的通帶波紋（例如，分貝）的寬帶帶通或高通濾波器的設計。 平行耦合式帶通濾波器 這是一類邊耦合濾波器，它有丌路耦合線和短路耦合線兩種對偶形式，在國和處有一次衰減極點，四。它既可用于窄帶也可用于寬帶，但當用于寬帶時，為了得到諧振器日的強禍合，就要用厚帶或三層交錯薄帶的形式，這樣結構就較復雜且需要支撐，故較少用于寬帶。但當時，用印刷電路的丌路平行禍合線形式卻非常方便，故窄帶應用較廣。然而，需要注意其阻帶特性并不十分理想，在砜處稍有失諧時，就會出現寄生通帶。 交指型帶通濾波器 交指型帶通濾波器的設計 這種濾波器結構緊湊、孥實、性能優良，制造公差要求低，有適用于各種帶寬的結構和設計方法，故應用極廣。它有終端短路與終端開路兩種形式，前者適用于窄帶，后者適用于寬帶，既可做成印刷薄帶形式，又可做成圓柯或矩形打自撐式，還可用人為的電容加載來減小體積。在緲和處有裒減極點（終端短路式為一次極點，終端開路式為三次極點）。圓桿和矩形桿都有設計曲線可供應用，對終端短路式帶通濾波器，還有成套的快速設計曲線，對于準確設計也有一套較完整的元件數值表。 梳狀線帶通濾波器 這是一種更為緊湊的濾波器。諧振器長度取決于加載電容的大小，通常為波長。其衰減特性不對稱，夠。，（，時，）。），故適用于需要寬阻帶應用的場合。在功和）￥九處有衰減極點。與交指型一樣，結構牢固，可自撐，制造公差亦低。但主要適合于窄帶設計。 帶阻濾波器 波導型的帶阻濾波器只適用于窄帶，而帶阻濾波器則適用于各種帶寬的優良結構，且容易用準確設計方法。 橢圓函數型濾波器 在各種濾波器響應中，橢圓函數響應是最為優越的，這是因為，這種類型的濾波器通帶和阻帶均為等波紋特性，陡度較大，因此同樣的選擇性，它可以有更為緊湊的結構。但由于機械結構的復雜性，在波段以上不宜選用，由于橢圓函數濾波器的阻帶衰減極點可以控制，因而常用作諧波抑制器。濾波器的主要參數 濾波器的主要參數包括：插入損耗、波紋系數、通帶寬度、矩形系數、阻帶抑制和品質因數四。 插入損耗：描述濾波器在通帶內對傳輸信號的損耗，定義為從信號源入射到濾波器的功率巴與匹配負載只得到功率的比值，采用分貝可以表示為 兒（船）等 （） 理想的濾波器在通帶內沒有損耗，其插入損耗為。