多模滤波器设计

小型化多模滤波器研究 学院：机电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：徐宽茂 导师姓名：肖建康课题意义多模滤波器作为射频收发机、卫星通信等小型化的关键器件之一，它能有效地滤除各种无用信号及噪声信号、降低各通信频道间的信号干扰，从而保障通信设备的正常工作。多模谐振器可以实现多频带滤波器和宽频带滤波器。传统的单模滤波器尺寸大，功能少，多模滤波器可以实现多通带和宽频带特性，还能实现小型化，减小设备的体积，增加信息容量。课题要求本课题研究并设计满足IEEE802，并具有高频率选择性的多模带通滤波器。要求掌握射频滤波器的基本概念、相关性能指标、设计方法，在此基础上设计几个新型的多模射频滤波器，能满足技术指标并实现小型化。滤波器小型化技术以高温超导(HTS)、低温共烧陶瓷(LTCC)和微机械加工（MEMS）为代表的新材料新工艺手段。以复合左右手传输线(CRLH)和基片集成波导理论为代表的新型电磁传输结构。以阶跃阻抗谐振器、慢波谐振器和多模谐振器为代表的各类新型谐振结构（本毕设研究方向）。多模谐振器原理 多模谐振器技术是滤波器小型化技术中最常见的一种。谐振器中对于不同的场分布有无穷多个谐振模式和谐振频率，其中具有相同谐振频率的模式称为简并模。若在单个谐振器中通过加入一些微扰(比如开槽、切角或加入小的贴片、内切角等)，会改变原正交简并模的电场分布，使得一对正交简并模之间发生耦合，两个耦合简并模的作用相当于两个耦合谐振器，从而在保持谐振回路不变的情况下，使谐振器的个数减少一半，可以减小电路体积。多模滤波器六边形多模滤波器基于开环双模谐振器的双频带通滤波器基于多模谐振器的超宽带带通滤波器六边形多模滤波器原理六边形多模滤波器结构分形缺陷的使用，使得滤波器插入损耗明显降低，而且在没有增大电路的尺寸的情况下，滤波器的第一和第二通带工作频率降低了许多。滤波器的工作频率随着参数b的增大而下降，参数b决定着分形缺陷区域，当参数a固定时，分形缺陷越大，工作频率越低。最后确定a=8mm,b=6.5mm。仿真过程和模型1.根据已知结构，画出滤波器结构模型2.画出介质基板和地模型。3.用空气盒子来模拟无线远地，画出无限远地和激励输入模型。4.根据所给材料，设置滤波器模型和地模型，介质基板模型的材质。5.设置无限远地模型和输入激励源模型6.分别设置solutionfrequence，收敛程度和扫描源。仿真结果和分析滤波器参数S11、S21和最大插入损耗图电流分布图（a）工作于2.5GHz时（b）工作于5.2GHz时（c）工作于7.9GHz时表面电流集中在六边形环的边角处，在第一个通带的电流强度低于在第二个和第三个通带。这意味着第二个和第三个谐振的有效电感和电容要大于第一个谐振。越大的电流强度会带来更宽的通带。3dB带宽和品质因素结论 六边形贴片谐振器是一种可分析计算和多模的带通滤波器。这种新型的滤波器有着较多的参数去控制，这样极大的提升了滤波器性能，降低了滤波器的插入损耗，同时增加了通带。在设计小型化和降低插入损耗，这种滤波器有着极大的优势，并且较易达到IEEE标准。在现代电路设计中非常有用。返回基于开环双模谐振器的双频带通滤波器原理基于开环双模谐振器的双频带通滤波器结构图仿真过程和模型1.根据已知结构，画出滤波器结构模型2.画出介质基板和地模型。3.用空气盒子来模拟无线远地，画出无限远地和激励输入模型。4.根据所给材料，设置滤波器模型和地模型，介质基板模型的材质。5.设置无限远地模型和输入激励源模型6.分别设置solutionfrequence，收敛程度和扫描源。仿真结果和分析滤波器参数S11、S21和最大插入损耗图电流分布图（a）工作于2.4GHz时（b）工作于5.2GHz时可以看出表面电流集中在两个开环谐振器之间的拐角处，在第一个通带的电流强度相对于第二个通带的电流强度较小。这意味着第二个通带有着更大的带宽。3dB带宽和品质因素结论该种多模滤波器是一种新型的双模开环谐振器结构。采用了锥形渐变线馈电形式,满足了双频带的匹配要求。设计的耦合双频带滤波器具有4个传输零点,两个通带之间具有较好的阻带深度和隔离度。结果理想，易于小型化设计。返回基于多模谐振器的超宽带带通滤波器原理该滤波器采用的多模谐振器为阶梯阻抗谐振器（SIR）。作为一种非均匀的传输线谐振器，SIR可以扩大第一个和第二个谐振模式间的频率间隔，从而有效扩宽带通滤波器主传输带。SIR前三个传输模式将会被一起被应用去组成一个较宽的主通带。三个传输模式引入三个谐振频率。在这种形式下，第一和第三谐振频率基本决定了一个宽带的低、高截止频率。然后再通过在λ/4并行耦合线中导入额外的两个传输极点，使整个UWB滤波器可以实现一个更低的插入损耗和回波损耗在整个通带中。所以通过三个模式和两个并行耦合线引入五个传输极点，最终实现超宽带带通滤波器。基于多模谐振器的超宽带带通滤波器结构图仿真过程和模型1.根据已知结构，画出滤波器结构模型2.画出介质基板和地模型。3.用空气盒子来模拟无线远地，画出无限远地和激励输入模型。4.根据所给材料，设置滤波器模型和地模型，介质基板模型的材质。5.设置无限远地模型和输入激励源模型6.分别设置solutionfrequence，收敛程度和扫描源。仿真结果和分析中心频率是6.85GHz。最高截止频率和最低截止频率分别是10.67GHz和2.96GHz,这就意味着3dB带宽可以达到113%。同时当频率为中心频率6.85GHz时，插入损耗为1dB。而在整个通带中，最大插入损耗不大于2dB。整个UWB通带通过五个传输极点形成，其中第一，第三和第五个传输极点是通过多模谐振器的前三个谐振模式引入。同时第二和第四个传输极点是由两个四分之一波长的耦合线部分产生。滤波器参数S11、S21和最大插入损耗图电流分布图中心工作频率为6.85GHz时可以看到大部分电流分布在两条耦合线之间。结论这是一种新型的微带线UWB滤波器。通过形成一个多模谐振器和在输入和输出脚引入四分之一波长的并行耦合线，一个具有五个传输极点的UWB滤波器被实现。滤波器的插入损耗，带宽都远远高于现有滤波器的性能。UWB滤波器是基于多模谐振不同于多通带滤波器的另一种很好实现。返回本毕设围绕以多模谐振器技术为核心来构建小型化的微波滤波器展开讨论。主要涉及的方向有以包括六边形谐振器以及SIR谐振腔等结构，通过多模谐振原理来实现多频段带通滤波器和超宽带带通滤波器，通过阅读大量的文献，对多模谐振器的原理进行了分析，总结了一些多模滤波器的设计方法，在总结前人方法的同时对滤波器设计并进行仿真，并取得了一定的研究成果。谢谢！