小型化微波带通滤波器设计文献综述

文 献 综 述

一、滤波器的发展历史及发展现状

从电信发展的早期，滤波器在电路中就扮演着重要的角色,并随着通信技术的发展而取得不断的进展^[1]。1910年,一种新颖的多路通信系统即载波电话系统的出现,使得电信领域引发了一场彻底的技术革命,开创了电信的新纪元。新的通信系统要求发展一种能在特定的频带内提取和检出信号的新技术,而这种技术的发展更进一步加速了滤波器技术的研究和发展^[2]。

不久,滤波器设计由原先的集总元件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,滤波器材料领域取得了很大的进步,极大的推动了滤波器的发展^[3]。1939年报道的介电谐振器,它利用了电磁波谐振,由小尺寸和高Q值两个显著的特点,然而由于当时的材料温度稳定性的不高,使该滤波器不足以实际应用^[4]。70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。随着陶瓷材料的发展,滤波器的应用得到迅速发展。在现有的射频和微波通信器材中介电滤波器己成为最重要、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, 被认为极有可能被用于设计出低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器,许多研发人员已致力于他们的实际应用。

滤波器的发展现状

在滤波器发展早期,滤波器的设计主要集中在以电感电容组合为主的无源电路上,这是一种线性谐振器系统。许多早期的研究人员认为基于非集总、分布元件电路物理原理的谐振器系统也能达到滤波性能。1933年展示的一种石英晶体滤波器,这种滤波器由于其优异的温度稳定性和低损耗特性而在不久以后成为通信器材中不可或缺的重要元件。和晶体谐振器一样,陶瓷谐振器系统采用体声波。虽然陶瓷滤波器的某些性能没有晶体滤波器优异,但由于其低的生产成本而得到实际应用。声表面波滤波器比体波滤波器可在更高的频率范围里得到实际应用^[5]。

如上所述,滤波器及其设计方法的发展已有相当长的历史,滤波器不仅成为电信领域,同时也是许多其他电子设备中不可缺少的器件。

二、微波滤波器

微波滤波器是由滤波网络构成的,它对一定通带范围内的所有频率能够完全地传输,而在阻带范围内则衰减为无穷大。这样的理想特性是不可能得到的,而滤波器的设计目标是在可能允许的范围内近似地达到理想的要求,在所有的频率范围都使用滤波器。它对所有要求的通带频率范围内的信号提供尽可能理想的传输。却尽可能地抑制所要求频段以外的信号和噪声,滤波器分为三种主要类型。1、低通滤波器,它使零与某一上限频率omega;_C之间的信号通过,而衰减高于截止值omega;_C的所有频率。2、高通滤波器。它使下限频率omega;_C以上的所有频率通过,而抑制omega;_C以下的所有频率。3、带通滤波器,它使omega;₁到omega;₂的范围内的频率通过,而抑制这个范围以外的频率。与带通滤波器互相补充的是带阻滤波器,它衰减omega;₁到omega;₂范围内频率,这种滤波器在某些应用上也是很重要的^[6]。

在微波滤波器的研究领域，有许多国内外科研人员为滤波器的发展做出了突出的贡献。随着通信应用日益广泛，微波滤波器的研究也逐步深入。现阶段随着低温可烧结陶瓷（LTCC）、光子晶体（PBG）、高温超导（HTS）等材料的出现，以及微波单片机电路、MEMS工艺的提高，微波滤波器开始朝高性能、小型化、集成化方向发展^[7]。