微带环形谐振腔双模带通滤波器的分析

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论1．1滤波器概述第一章绪论从电信发展的早期开始，滤波器在电路中就扮演着重要的角色。当今信息社会的发展依赖于通信技术的发展。而基于多媒体的全球个人通信系统中的无线通信将得到更大的发展，作为关键射频器件的滤波器的作用将变得越来越重要，对其性能的要求也将越来越高。1915年，德国科学家K．wWagner开创了一种闻名于世的滤波器设计方法——“瓦格纳滤波器”，与此同时在美国GA．Campbell发明了另一种知名的设计方法——图像参数法。随着这些技术突破，人们开始对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论

2、进行系统地研究。随后，1940年出现了包含两个特定设计步骤的精确的滤波器设计方法。第一步是确定符合特性要求的传递函数，第二步是由先前的传递函数估定的频率响应来合成电路。该方法的效率和结果相当不错，直到现在依然被广泛采用。不久，滤波器设计由原先的集总元件LC谐振器扩展到一个新的领域，即分布元件同轴谐振器和波导谐振器。同时，滤波器的材料领域也取得了很大的进步，极大地推动了滤波器的发展。1939年，利用了电磁波谐振的介电谐振器因为具有小尺寸和高Q值这两个显著的特点而倍受关注，然而由于当时的材料温度稳定性不高导致该种滤波器不足以实际应用。7

3、0年代，各种具有优异的温度稳定性和高Q值的陶瓷材料的发展增加了介电滤波器实际应用的可行性，成为现有的射频电路和通信器材中最重要、最常见的元件之一。此外，80年代出现的高临界温度超导材料(HTS)，被认为极有可能被用于设计出极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器¨】。滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，可利用它们来分开或组合不同的频率，如在变频器、倍频器以及多路通信中。电磁波频谱是有限的，且须按应用加以分配；而滤波器既可用来限定大功率发射机在规定频带内辐射，反过来又可用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。在阻抗匹配中也有像滤波器的网络

4、，如在两个不同特性阻抗的传输线之间，或在有内阻的发生器与电抗负载之间。有时需要得到一定的相位(或时延)特性，如脉冲压缩或展宽，或补偿其他滤波器或色散结构所产生的相位失真等，也需要滤波器。总之，从超长波经微波到光波以上的所有电磁波段，都需要滤波器【”。综上所述，滤波器的发展已有相当长的历史，滤波器不仅已成为电信领域、同时也是l南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论许多其它电子设备中不可或缺的器件。1．2滤波器的性能指标与分类理想的滤波器是一种二端口网络，如图1．1所示，它应该具有选择频率的特性：即在所要求的频率范围内，能使信号无衰减

5、地传输，此频率范围称为通带；在其余频率范围内能使信号完全不能传输，这其余的频率范围称为阻带。然而在实际工程中，我们只能设计一个尽可能接近理想滤波特性的滤波器，并用S参数来描述它的性能l”。低频模拟电路中的滤波器是由LC串并联谐振回路构成的，其特点是电感、电容、电阻等电路元件均为集总参数，其尺寸远小于工作波长，因此信号通过滤波器时电磁波传播的幅度和相位可以看成是不变的。但是到了微波波段，随着频率的升高，特别是当工作波长与元件尺寸可以相比拟(即电长度较大)的时候，就必须考虑到电磁波幅度与相位的变化，这时集总元件滤波器将失去原有特性。在这

6、种情况下就要使用分布参数滤波器来代替。‰1．2．1滤波器的性能指标照。图1．1滤波器等效j端口网络衡量滤波器性能的主要指标罗列如下【4_51，可根据图1．2中的滤波器指标示意图进行对◆冁謦额囊编：即工作频带的中心，在此频率点其传输系数最大。◆零带，带襄：严格意义上来说，带宽又可以划分为噪声带宽、3dB带宽、奈奎斯特带宽、滚降系数带宽等若干种，使用时要明确加以区分。在本文的滤波器设计中一般所指均为3dB带宽，即传输系数下降为中心频率五对应值的去(一3dB)～Z南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论时对应的上下限截止频率Z和以之差，相

7、对带宽定义为绝对带宽与中心频率二的比值，其中绝对带宽的表达式如下：B％m=五一／j◆藏缀凑数：用于描述频率响应曲线在滤波器通带内的变化，采用dB为单位表示通带内频率响应曲线卜幅度的最大值与最小值之差。◆短黪繁缀：描述滤波器对频带外信号的衰减程度，带外衰减越大，选择性越好。理想滤波器的幅频特性应该是一个矩形。为了描述滤波器接近矩形的程度，定义一个指标为矩形系数：％·2瓦BWo．,即滤波器的传输系数下降到中心频率最大传输系数的O．1倍时的带宽B％。与其3dB带宽之比。理想的滤波器，矩形系数等于1，此时通频带外的信号全部衰减，具有最佳滤波

8、性能。◆鹈鬻囊睡鞴：在电路中由于插入滤波器所导致的信号损耗，定量地描述了功率响应幅度与OdB基准的差值，其数学表达式为：IL=10log鲁其中，PL是滤波器向负载输出的功率，％是滤波器从信号源得到的输入功率。与3dB带宽相对应，一般认