多模谐振器的研究及其在微波滤波器中的应用

【摘要】无线通信系统的发展日新月异，新技术如WLan、3G、4G随处可见。新技术的出现给微波器件的设计带来了极大的挑战。滤波器作为最基本的微波器件之一，对其的设计要求更加苛刻，小型化、低插损、高通带选择性、宽阻带等。为了能够使多个通信模式同时工作，宽带和多通带滤波器的使用成为必然。双模谐振器已经被广泛的应用在滤波器的设计中，极大的减小了滤波器的体积，并且具有高性能、低成本的特点。本文从已发表的双模谐振器出发，提出了新型的双模和多模谐振器，对它们的谐振特性和耦合特性进行了详尽的分析，并最终将其应用在了滤波器的设计中。本文的主要工作包括以下几个方面：1.详尽的阐释了奇偶模方法的应用背景及其要解决的核心问题，并且利用它对四种中心枝节加载谐振器的谐振特性进行了分析，并从中发现了新型的双模谐振器，这对本文后面的工作奠定了基础。2.第一次提出了新型的双端短路双模谐振器，通过等效传输线模型对该谐振器的谐振特性及耦合特性进行了详细分析；在宽带滤波器中的应用中，对外部耦合和源和负载耦合的关键参数进行了定量分析，成功的解释了带内极点分布的情况；同时源和负载耦合引入，不仅增强了通带的选择特性，而且还改善了带内波纹特性。另外，通过开路枝节的加载，实现了该谐振器的小型化，并在此基础上设计了双模双通带滤波器。在双通带滤波器的设计中，两个通带的外部耦合是可控的，因此两个通带都拥有非常好的带内阻抗匹配特性。3.在双端短路双模谐振器的基础上，提出了新型的双端短路阶梯阻抗双模谐振器，通过奇偶模分析方法详述了该谐振器的谐振特性，并且给出了该谐振器的设计图；通过控制长度比和阻抗比，第一次用单个双模谐振器实现了三个通带频率都可控的三通带滤波器；在带通滤波器的设计中，选择合适的阻抗比和长度比，使谐振器的一次谐波出现在4.2f0处，从而获得了宽阻带的效果；在双通带和三通带滤波器的设计中，很好的利用了谐振器的电压分布情况，实现了每个通带的外部耦合可控，从而获得了良好的带内阻抗匹配。4.基于枝节加载谐振器，提出了几种新型的三模、四模谐振器，并通过奇偶模分析方法对其谐振特性和耦合特性进行了系统分析；利用提出的谐振器设计了带通、双通带滤波器；一种基于短路枝节加载的四模谐振器设计的双通带滤波器，具有小型化、宽阻带的特性；一种基于短路枝节加载的方环谐振器设计的双通带滤波器，通过源和负载耦合的加载，实现了高隔离度和高选择性的特性；一种基于全短路枝节的三模、四模谐振器用来设计实现了带通滤波器。5.系统的研究了双频阻抗变换器的特性，通过优化的方法将该结构成功的应用在了两个不等阻抗到同一阻抗的变换。阶梯阻抗谐振器(SIRs)作为一种广义概念上的双模谐振器，同样利用奇偶模方法分析了它的谐振特性，并给出了它的设计图。最终，把它作为公共腔，利用双频阻抗变换器对其进行馈电，应用在了双工器和四工器的设计中。在设计过程中，采取了仿真模型参数提取的方法获得SIR在两个频率处的谐振阻抗，利用这种方法设计的双频阻抗变换器更准确、更符合实际。
【作者】孙守家；
【导师】梁昌洪；
【作者基本信息】西安电子科技大学，电磁场与微波技术，2014，博士
【关键词】双模谐振器；多模谐振器；双通带滤波器；三通带滤波器；多工器；

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