同轴腔体滤波器的研究与应用

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同轴腔体滤波器的研究与应用
摘要
现如今， 随着无线通讯业务的高速发展， 本已日趋紧张的频谱资源更加显得捉襟见肘， 由此凸显作为信号选择作用的滤波器在通信系统中的重要作用。与此同时，随着频谱资源 越来越拥挤和电磁环境越来越复杂，对滤波器的体积、性能指标及成本方面的需求也越来 越苛刻。传统的 LC 集总元器件滤波器已经无法满足当今日新月异的通信技术指标。因此， 研制出体积小，低损耗、高矩形系数的滤波器成了滤波器的关键技术要求，加速了微波射 频滤波器的关键技术和理论研究。因此本文对具有高 Q 值，低插损，高矩形系数等优点的 同轴腔体滤波器进行了深入的研究。 同轴腔体滤波器根据同轴传输线原理，通过在各谐振腔之间开窗或者加耦合螺钉，实 现电容或电感的耦合，通过改变窗口的大小和位置的变化或者耦合螺钉的长短、粗细等来 调节耦合电感容或者耦合电感的大小从而实现各种滤波器指标的快速变换；并且利于实现 各谐振器之间的交叉耦合，通过控制交叉耦合的强弱程度和数量从而实现控制传输零点的 数目和位置的目的。同轴腔体滤波器在有电容加载的情况下，其体积可以做的非常小，并 且滤波器的矩形系数非常高、功率容量也很大，因此被广泛使用在基站通信系统中，是国 内外广泛研究的热点。 腔体结构会因为自身谐振在远端产生谐振峰，对器件本身性能产生不利影响，因此在 同轴腔体滤波器的设计过程中，需要添加低通滤波器对远端谐振峰进行滤除，因此本文对 同轴低通滤波器进行了深入的研究，并制作出实物。同时，本人根据同轴低通滤波器的现 存的缺点进行了改进，提出了一种新型的可调低通滤波器，实现截止频率可调的功能。目 前，在国内尚属首例，未见有关报道。 本文对同轴带通滤波器和低通滤波器分别进行了设计和研究，并且结合一些相应的 EDA 设计软件，给出了快速设计滤波器的过程。通过实物的设计加工，最终完成了同轴腔 体带通和同轴腔体低通滤波器的研究。
2015-05-17
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同轴腔体滤波器的研究与应用
学位论文原创性声明
本论文是我个人在导师指导下进行的工作研究及取得的研究成 果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它 机构已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在论文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 责任由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日
关键词：同轴腔体滤波器，腔体自身谐振，同轴低通滤波器，可调低通滤波器
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同轴腔体滤波器的研究与应用
ABSTRACT
Now, with the rapid development of wireless communication services, this has become increasingly more intense spectrum resources become stretched, which highlights the important role of the signal selection function as a filter in a communication system. Meanwhile, as more and more crowded spectrum resources and increasingly complex electromagnetic environment, the volume of the filter, the demand for performance and cost has become increasingly harsh. Therefore, the development of small size, low loss, high rectangular filter coefficients of the filter has become the key technology requirements, accelerate key technologies and theoretical research microwave RF filter. Therefore, this article on the advantages of having a high Q, low insertion loss, high coefficient rectangular coaxial cavity filter conducted in-depth research. Coaxial cavity filter according to the principle of coaxial transmission line through the cavity between the window or add coupling screws to make capacitive or inductive coupling, by changing the window size and position or coupling screw length, thickness and so on to adjust coupling capacitance or inductance coupling strength in order to achieve various conversion filter indicators; and it is easy to implement cross-coupling between the resonators, by controlling the number and intensity of cross-coupled reach for control transmission zero position and number effect. In the case of capacitive load, the volume of the coaxial cavity filter can do very little, and rectangular coefficient is very high, a large power capacity, is widely used in the base station communication system, extensive research focus at home and abroad. Cavity structure because of its own resonance in the resonance peak at the far end, a negative impact on the performance of the device itself, so the coaxial cavity filter design process, the need to add low-pass filter to filter out the distal end of the resonance peak.At the same time, we improved in accordance with existing shortcomings coaxial low-pass filter, proposed a new type of low pass filter cut-off frequency is adjustable to achieve function. At present, the first in the country, no relevant reports.
同轴腔体滤波器的研究与应用
硕 士 学 位 论 文
题
目
同轴腔体滤波器的研究与应用 Research and Application of Coaxial Cavity Filter
英文题目
姓
名
车 进 工学院
学
号
11209046 柳 平
所在学院 专 业
导师姓名 信息与通信工程
入学日期
2012-09
答辩日期
Keywords：Coaxial cavity filter, cavity resonator, coaxial low-pass filter, adjustable low-pass
II
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filter
III
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目录
目录...............................................................................................................................................................III 第一章 绪论..................................................................................................................................................1 1.1 研究背景及意义................................................................................................................................1 1.2 国内外的研究现状.............................................................................................................................2 1.3 本论文的主要工作及创新点.............................................................................................................3 第二章 滤波器设计的基本理论..................................................................................................................5 2.1 引言.....................................................................................................................................................5 2.2 低通原型滤波器.................................................................................................................................6 2.2.1 对偶电路.....................................................................................................................................6 2.2.2 归一化低通原型滤波器.............................................................................................................7 2.3 切比雪夫原型低通滤波器.................................................................................................................9 2.4 椭圆函数低通原型滤波器...............................................................................................................10 2.5 通带滤波器的设计...........................................................................................................................11 2.5.1 低通到带通的频率转换...........................................................................................................11 2.5.2 耦合谐振器带通滤波器的设计...............................................................................................13 2.5.3 K、J 变换器的微波实现.........................................................................................................15 2.5.4 集总元件耦合谐振器..............................................................................................................16 2.6 本章小结...........................................................................................................................................18 第三章 同轴腔体滤波器耦合矩阵的研究................................................................................................19 3.1 引言...................................................................................................................................................19 3.2 交叉耦合矩阵的综合.......................................................................................................................19 3.2.1 传输与反射多项式的求解.......................................................................................................19 3.2.2 双端口导纳矩阵的求解...........................................................................................................21 3.2.3 耦合矩阵的求解.......................................................................................................................22 3.2.4 耦合矩阵的消元.......................................................................................................................23 3.3 耦合系数的电磁仿真实现...............................................................................................................25 3.3.1 电壁和磁壁提取法...................................................................................................................25 3.3.2 双模提取法...............................................................................................................................27 3.4 耦合的电磁仿真结果.......................................................................................................................28
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