微带窄带带阻滤波器的仿真设计文献综述

 2022-11-05 15:49:19

文 献 综 述

由于目前的实际应用中,雷达、微波通信、移动通信等部门多频率、多通道工作的要求越来越普遍,对分隔频率的要求也越来越高,所以需要大量的微波滤波器,其功能机理是使不同的频率通过或滤除。由于实际应用的需要,电磁波有时不得不被分割成为更窄的区域来使用。这就需要用滤波器来选择或限制RF或微波在某一频域范围内的信号。因此从超长波到微波甚至光波及以上的所有频段,都需要使用各种形式的滤波器。

带通滤波器是滤波器中使用最多的滤波器,广泛应用于振荡、放大、倍频、混频电路中,从而保证不需要的频率被阻止在系统之外。常见类型的带通滤波器可以为大多数电路提供充分的保护。然而,当一些干扰频率特别强时,我们需要用一些特殊的方法来抑制它。在这种情况下,与抑制通带之外的所有频率的带通滤波器相比,使用一个或更多仅仅抑制某些不需要的频段的带阻滤波器将会更加高效。

随着无线通信的个人化和宽带化,终端结构越来越人性化,进而促使了包括滤波器在内的射频元器件的微型化和集成化。微带滤波器在RF或微波领域中起着重要的作用,它是一种被广泛研究的微波滤波器类型。该结构形式的滤波器品种繁多,性能各异,是现代电子系统中的关键器件之一。在实际应用电路中,微带滤波器容易与其他的无源微波电路和有源微波电路器件集成,实现射频接收前端电路的集成化。由于微波固体器件大多数是作为微带集成电路的形式,因此性能高、尺寸小、重量轻、成本低的微带滤波器得到了迅速的发展。现已有平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、交指型滤波器、微带类椭圆函数滤波器等类型。

同时,随着计算机技术的发展,出现了一些实用的计算机微波仿真工具,如HP-ADS、Microwave Office、Microwave Studio、HFSS等。此类仿真软件可以对设计出的滤波器进行仿真,对其参数进行进一步优化,以达到实际工作时的准确性和一致性。

首先,洪伟[1]、甘发袚[2]等、高俊[3]等、M.J. Lancaster[4]等、Ralph Levy[5]等分别对国内外微波滤波器的历史状况、设计方法、制作工艺等情况进行了探究,并分别对滤波器的发展前景进行了各自的分析。分析表明,现阶段主流的滤波器类型有微带线型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、声表面波(SAW)滤波器以及陶瓷介质滤波器。而在未来,SIR(节约阻抗谐振器)滤波器、有源微波滤波器、薄膜声学体波共振技术、高温超导材料等将成为微波滤波器未来的发展趋势。

华东光电集成器件研究所的潘结斌[6]以双基地雷达系统中滤波器小型化为基础,对各种常用滤波器的结构形式进行了深入的理论研究和剖析,解出满足指标要求且参数合理的微带线滤波器结构,并用传统的薄膜技术制作出端口耦合滤波器、1/2谐振波长滤波器、慢波滤波器、发夹线滤波器、交指型滤波器等实物,然后又利用先进的LTCC技术制作出可用于某双基地雷达系统中的c波段小型化带通滤波器。

交指型滤波器是微带线滤波器的一种重要的类型,国内的马行军[7],国外的M. Dishal[8] 分别对交指型滤波器进行了深入的理论研究。其中,马行军采用的是终端短路式交指型滤波器的设计方法,实现了交指型带通滤波器的设计;M. Dishal主要研究的是相对带宽较小的交指型滤波器的设计方法。Christohp Ernst[9]等分别对使用抽头线制作交指型带通滤波器和梳状线滤波器进行了研究,E. G. Cristal[10]根据其特性,研究出抽头线交指型带通滤波器的等效电路。

刘宇飞[11]、徐晓东[12]根据现代无线通信的发展趋势,对无线通信中带通滤波器的小型化和性能优化设计进行了一系列研究,分别设计了带状线SIR带通滤波器和微带带通滤波器。

牛吉韬[13]重点讨论了SIR谐振器,开裂环谐振器的原理和结构;如何对滤波器的阻带进行改善,以增大阻带抑制,消除寄生通带;滤波器的小型化研究,滤波器的计算机辅助设计等几个方面的问题。一共设计制作了4只基于同一设计指标应用不同结构实现的滤波器:基本型SIR-BPF、级联型SIR-BPF、加衰减支节SIR-BPF、开裂环SIR-BPF。另外,从基本型SIR-BPF入手,通过实际制作滤波器证实了SIR结构的有效性和优越性。最后对滤波器的阻带提出改善方法,并证实了改进方法的有效性。

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