微波带阻滤波器的设计开题报告

1. 研究目的与意义

微波滤波器是一种常见的微波无源器件，它的主要作用是对信号的隔离、选频、分频等等。微波滤波器目前非常广泛地应用于微波毫米波通信、遥感和雷达技术、卫星通信等系统中。近年来，微波技术在无线通信中的应用越来越广泛，使得越来越复杂的外界电磁干扰更加频繁地影响着微波通信系统，因此，人们希望对所需要的信号以更小的损耗通过系统，对没有用的干扰信号产生更大的抑制。并且，工作在各种频段的系统相继出现，频带的分布越来越密集，使得频谱资源越来越紧张。 因此，为了确保各个通信系统之间的信号频带不会产生重叠，相互干扰的现象，并且满足，这就对微波滤波器的性能要求更高，比如更小的插入损耗，更大的带外抑制，更大的品质因数，更稳定的工作特性等等。一直以来，人们的目光都聚焦在带通滤波器的身上，关于带通滤波器的研究以及文章随处可见，带通滤波器的研究十分全面并且广泛，然而对于带阻滤波器的研究却相对较少。然而，若系统中某个频率的干扰特别强，或者在系统的某个或某些频段上需要很高的衰减，这个时候，仅仅用带通滤波器已经不能满足需求，而必须应用到带阻滤波器。因此，研究性能更优的微波带阻滤波器具有重要意义。

2. 国内外研究现状分析

在二十世纪六十年代，Matthaei详细地总结了微波滤波器的设计概念及流程，其 中包括对切比雪夫带阻滤波器的设计理论及其设计公式的介绍。针对带阻滤波器Matthaei介绍的是由短截线谐振器作为谐振单元，并且谐振器沿主传输线一字排开，两两之间的间隔为四分之一波长的带阻滤波器。这种带阻滤波器是最简单的一种滤波器，它的矩形系数不够理想。B.M.Sdiiffinan则详细地推导了设计各个频段的带阻滤波器的公式。同一时期，Cristal首先提出了窄带带阻滤波器的设计公式,使得微波带阻滤波器的设计理论基本成型。紧接着，在七十年代，Atia和Williams首先提出了交叉耦合的理论。同一时期，介质谐振器开始倍受人们关注，并且在美国以及日本等地相继研制出几种适合应用到介质谐振器中的陶瓷介质材料，介质谐振器才刚刚开始真正作为新型微波元件应用到滤波器的设计中。 到了八十年代，Jian-Ren Qian和Wei-Chen.Zhang设计了一个带阻滤波器，该滤 波器非相邻的谐振腔之间也存在耦合，即交叉耦合，不同的模式之间也存在着交叉耦合。 该滤波器的性能较好，但是该滤波器的结构比较复杂，调谐很不放方便。在此后的一段时间，带阻滤波器的研究主要集中在设计更优的带阻单元，例如，J.N.Sahalos在文献中提出了用介质谐振柱形作为带阻单元，A.A.Kirilenko提出了一种适用于要求带宽比较宽的情况下的带阻膜片等等。九十年代末期，Richard.J.Cameron在文献中采用递归循环的方法求取交叉耦合滤波器的传输函数以及反射函数，并给出了耦合矩阵的综合过程。2004年，S.Amari提出了带阻滤波器的耦合矩阵的综合方法，因为带通滤波器和带阻滤波器的对应关系，将设计带通滤波器的拓扑结构应用到了设计带阻滤波器中。这种带阻滤波器，为了实现其带阻特性，必须在源和负载间产生耦合。于是，在2005年,Richard.J.Cameron提出了一种与以往不同的带阻滤波器的结构，也就是源与负载直接耦合的结构化。源与负载的直接耦合，对于腔体带阻滤波器来说较容易实现，因此应用比较广泛。 以上介绍了带阻滤波器发展的历史，如今，带阻滤波器的发展已经很成熟，并且不断地有新型结构的带阻滤波器被提出，大部分是对谐振单元进行创新，也有一部分对传输线进行创新。对于谐振单元，有很多学者采用微带线来实现，其种类繁多，也有很多 学者采用其它不同的结构、材料等等来实现谐振单元。Susanta Kumar Parui和Tamosi Moyra等人在文献中设计了一个微带滤波器，通过在微带接地板上刻蚀周期性或者非周期性的各种类型的缺陷图形来达到影响金属地板上的电流分布的目的，从而改变传输线的频率特性。该滤波器的频率响应尚可，主要好处在于设计简单，插损小，结构紧凑，并且方便加工。 陈林、李民权等在文献中提出了一种性能优越、结构简单便于加工的新颖的W型结构，将其作为谐振单元应用到带阻滤波器的设计中，在刻蚀面积与传统的哑铃型或者螺旋型缺陷地结构相同的情况下得到的滤波器阻带更宽、插损更小。胡立忠等人在文献中基于螺旋交指结构设计了一种新型的带阻谐振单元，其外部是一个矩形谐振环，内部是一个交指结构。内部的交指结构在高频段产生阻带，外部的矩形谐振环在低频处产生阻带，分别调节两部分结构的尺寸就可以调整其阻带。这种谐振单元可以很好地应用到双频带阻滤波器的设计中。 宋加兴、王锡良等人在文献中将具有阻带特性的马刺线结构应用到带状线中，设计了一个马刺线式的带阻滤波器。将SIR应用在马刺线单元上，使得该滤波器的体积更 小、结构紧凑、插损小。Hao Xin和Aiden等人在文献中采用电磁晶体设计了一个中心频率在22G舷的带阻滤波器，其理论依据为：当电磁波通 过周期性的电磁晶体结构时，会在某特定的频段产生抑制。该滤波器的阻带抑制很好，然而回波损耗不是很理想。 金钊在论文中设计了一个小型化的滤波器，该滤波器是将主传输线排成S形曲线 来实现其小型化。将谐振器间的四分之一波长传输线调整成圆弧形状进行走线，将六个 矩形谐振腔排成三排两行，在滤波器的底座两段设置两个肌私接头，并且把主传输线设置成S形。孔博和叶强在文献中设计了一个同轴带阻滤波器，该滤波器的谐振单元与主传输线之间使用圆盘加载来耦合，并且将主传输线对折来减小滤波器的长度。 彭安尽在论文中设计了一个主传输线有电容加载的带阻滤波器，即在主传输同轴 线上加载电容来实现。该滤波器的长度变下，并且由于金属条加载电容，电场在金属条与同轴线内导体之间集中，而磁场会远离金属条。而原本的谐振腔与主传输线之间的耦合就是磁耦合，由于金属条的介入，磁耦合增强，使得滤波器的阻带变宽。以上便是部分近期国内外学者的研究成果

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1、了解微波电路基本理论 2、了解微波带阻滤波器的原理和设计方法 3、熟悉仿真软件hfss的使用方法 4、利用软件设计微波带阻滤波器并对其进行仿真

研究计划：

4. 研究创新点

使用HFSS设计微波带阻滤波器，仿真精度高，可靠性强，仿真速度快，稳定成熟。并创新的将交叉耦合技术引入到微波带阻滤波器的设计中。