微带滤波器-毕设文献综述

文献综述一、课题国内外现状微波滤波器在通信、信号处理、雷达等各种电路系统中具有广泛用途。随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展，对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。发达国家都在利用新材料和新技术来提高器件性能和集成度，同时，尽可能地降低成本，减小器件尺寸和降低功耗。与国外相比，我国的微波滤波器的发展还有一定的差距。下面介绍一下滤波器的主要分类及其优缺点:1、微带滤波器微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依次摆开，造成滤波器在一个方向上占用了较大空间。和平行耦合线滤波器结构相比，发夹型滤波器具有紧凑的电路结构，减小了滤波器占用的空间，容易集成，并且降低了成本。在电路尺寸有较严格要求的场合发夹型滤波器得到了较为广泛的应用。发夹型滤波器是由发夹型谐振器并排排列耦合而成，是半波长耦合微带滤波器的一种变形结构，是将半波长耦合谐振器折合成U字型构成的，因此与交指式、梳状线式等其他微波滤波器结构相比，其电路结构更加紧凑，具有体积小，微带线终端开路无需过孔接地，易于制造等优点。发夹型滤波器耦合拓扑结构属于交叉耦合，交叉耦合实质是从信号源到负载端有不止一条耦合路径，包括主耦合路径和相对较弱的辅耦合路径，任意两谐振器之间都可以产生耦合。相对于级联耦合，交叉耦合的最大优点是能够在通带附近的有限频率处产生传输零点，因而滤波器的带外抑制能力将获得极大提高，使用交叉耦合的谐振器滤波器比普通级联型的滤波器具有更好的频率选择性，同时可以减少所需谐振器的数目。平行耦合线滤波器、交指型滤波器等，获得在带内较平坦的幅频特性，但带外抑制特性较差。微带类椭圆函数滤波器，通过在带外引入衰减极点，能明显改善滤波器的带外特性，比平行耦合线滤波器、交指型滤波器有更好的电特性。并且微带类椭圆函数滤波器具有较小的体积，同时，在超导状态，由于导体薄膜的无载Q值很高，该种滤波器将在具有较高选择性的同时又具有较低的插损，具有很好的应用前景。2、交指型滤波器交指滤波器Q值较高、体积适中。在0.5～18GHz的频率范围内可实现5％～60％带通滤波，广泛应用于各种军、民用电子产品。交指滤波器一般由金属整体切割加工而成，结构牢固，性能稳定可靠。交指型滤波器是对平行耦合微带线滤波器的一种改进，同样是减小微带滤波器占用的体积。具有以下优点：结构紧凑、可靠性高；由于每个谐振器间的间隔较大，故公差要求较低，容易制造；由于谐振杆长近似等于4，所以第二通带中心在3以上，其间不会有寄生响应。由于交指滤波器既可以做成印刷电路形式，又可以做成腔体结构，用较粗的杆做成自行支撑，而不用介质。因此，交指滤波器在电子系统，尤其是在通信技术及近代航空航天领域中被广泛使用。3、同轴滤波器同轴腔滤波器广泛应用于通信、雷达等系统，按腔体结构不同一般分为标准同轴、方腔同轴等。同轴腔体具有Q值高、易于实现的特点，特别适用于通带窄、带内插损小、带外抑制高的场合。这类滤波器非常适合大规模生产，因此成本也非常低廉。但要在10GHz以上使用时，由于其微小的物理尺寸，制作精度很难达到。具体的设计有方法负阻线子网络构造了多腔耦合的同轴带通滤波器电路模型；同轴腔体滤波器温度补偿法；阶跃阻抗谐振器等。4、波导滤波器波导型滤波器由于其Q值高，损耗小，功率容量大等优点而广泛应用于微波毫米波通信、卫星通信等系统中。近年来微波技术的快速发展对该类滤波器的尺寸、阻带特性等指标都提出了越来越高的要求。通常可用直接耦合半波长谐振腔结构来构造波导型滤波器，但由于高次模的影响，这种类型的滤波器第二通带很近，频率高端阻带性能较差。采用1/4波长传输线耦合谐振膜片结构，可对此进行改善。通过选择合适的膜片尺寸，使各谐振膜片谐振在同一频率上，但具有不同的Q值，可使其第二通带位置变远，从而显著提高其阻带特性。另外，1/4波长传输线耦合谐振膜片型(以下简称谐振膜片型)滤波器还具有尺寸小的优点，其总长度比直接耦合半波长谐振腔型(以下简称半波长型)缩短近40%。与半波长型相比较，谐振膜片型带通滤波器的尺寸缩短了38.4%，且具有更宽的阻带。波导带通滤波器还应用在各种微波多工器上，但其最大缺点是尺寸明显比其他可应用在微波段的谐振器大。5、梳状线腔滤波器梳状线滤波器标准响应为0.05dB波纹切比雪夫响应，具有体积小，Q值适中的特点。在0.5-12GHZ的频率范围内可实现0.5%-30%的相对带宽，广泛应用于各种军、民用电子产品。为了减小尺寸，并且使设计简单，适合规模化生产，采用4谐振线在高介电常数基片上直接制作一种微带滤波器，即梳状线腔滤波器。它利用交叉耦合方法提高通带边缘的陡度，同时在微带谐振器中应用了屏蔽线，减弱了由高介电常数带来的强耦合。但是，梳状线滤波器存在温度漂移的缺点。6、螺旋腔滤波器目前采用的一些滤波器技术如压电晶体共振器，其同轴振荡器体积太大，不适合VHF以及UHF频段的应用。在VHF，UHF频段，螺旋滤波器具有高Q值和较小的设计参数，可使设计的振荡器由一个4的同轴谐振器装配而成。由于螺旋滤波器具有较强的耦合性能和高Q值，可承受高的功率容量，因此广泛应用在较低的射频大功率电路设计中。其缺点是螺旋耦合结构的边界条件很复杂，用电磁场数值方法进行计算的复杂度和计算量都非常大，因此实现设计比较困难。7、小型集总参数滤波器小型集总参数滤波器主要用于电子对抗、电子侦察、通信、雷达及其它电子设备中作预选、后选、杂波抑制以及变频滤波等。它具有体积小、重量轻、性能稳定可靠、加工方便、便于安装等优点。较其它滤波器具有更好的温度性能和带外抑制性能。小型集总参数滤波器等采用先进的专用微波CAD软件对滤波器电路进行优化选择。对10-2000MHz范围内的窄带及宽带滤波器均能实现。8、陶瓷介质滤波器多层陶瓷微波滤波器是经过电子陶瓷材料流延成型工艺，低温叠层烧结技术，高精度印刷叠层技术及封装技术等多种工艺流程而制成的高频多层陶瓷微波滤波器。它具有频率高、体积小、插损小、衰减大的特性，在移动通信、数字化家电等产品中得到广泛的应用。多层陶瓷微波滤波器是通过在介质层上的印刷金属图案构成分布电容C和分布电感L，同时位于不同介质层上的金属图案层之间形成耦合电容而得到的。其实质是用带状线来实现滤波器的设计。叠层后，介质层上的印刷金属图案就相当于处于介质中的带状线，当设计不同长度和不同宽度的金属图案层时，就可以得到不同的L和C。因此，通过设计金属图案层的形状和选用适当的介质时，就可得到在某一特定频率发生谐振，同时满足带内插损、带宽和阻带等各项指标要求的滤波器。9、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器阶跃阻抗谐振器(SIR)是由两个以上具有不同特性阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器。4型SIR是其中最具吸引力的一种形式。它既能减小滤波器尺寸，又能通过调节阻抗比来很好控制杂散频率，实现滤波器小型化和宽阻带的要求。梳状线形式的滤波器由于一端的电容加载，缩短了滤波器的谐振器的尺寸。交叉耦合滤波器成为近20年的研究热点，由于其有限处的传输零点可以任意设置，最多可以设置与滤波器阶数一样多的传输零点数目，最大限度地提高了滤波器的带外抑制能力。10、高温超导材料高温超导滤波器主要包括放大电路、深度制冷系统、精确控制系统、真空绝热系统四部分。利用高温超导薄膜在微波频段的微波表面电阻极低的特性制作的超导滤波器，具有带内插损极低、边缘陡峭、矩形系数接近理想的频率响应特性和抑制带外干扰非常好的特点。由超导滤波器、低噪声放大器组成的超导滤波器子系统应用于系统(发射或接收机)可以大大地改善系统性能，在军事特别是通讯领域有着广阔的应用前景。在国外用制冷机冷却超导滤波器系统已用于通讯系统，从而大大地改善了通讯系统质量:提高通话质量、增加通话容量、增大基站的覆盖面积、增强基站的抗干扰能力、降低手机的发射功率和减少掉话率等，在现代信息战武器装备(如预警飞机、雷达、电子战设备、导弹制导部件等)中，用高温超导滤波器替代普通滤波器，可以大幅度地提高接收机的灵敏度和选择性，增强抗干扰能力，提高通信距离和质量，加长预警时间，减小发射机功率，提高制导精确度，增加末端制导距离等。应用于卫星通讯系统可极大地提高空间频率资源利用率，有效降低卫星的有效载荷，为开发利用空间频率资源提供了新的途径。高温超导滤波器由于工作温度低，需要深度制冷，因此外围部件较多，结构较复杂。二、研究主要成果近年来，随着军事、科研、通信的发展，市场对微波滤波器在性能方面的需求不断地提升。而在微波滤波器的研究方面又有了新的突破。一些学者相继提出了滤波器的综合方法，并将这些方法应用于滤波器的工程设计，取得了良好的效果。对于两个相同的谐振腔，既有电耦合，也有磁耦合，其非对称同步调谐耦合模型如下图所示:图1腔体耦合电路模型经过计算可得耦合系数：K=2222ememffff其中mf和ef分别为对称面放置PMC或PEC时的单腔谐振频率，在HFSS中建立耦合模型.图2耦合系数计算模型三、发展趋势随着现代材料科学与电子信息科学技术的交叉渗透，新材料和制造工艺技术的发展，如单片集成电路、MEMS、LTCC等工艺，极大地带动了微带和其他类型滤波器的飞速发展。全国固态化的各类片式高频、微波滤波器和中频滤波器，向着高性能、低成本、小型化、高频化等各方面飞快发展。四、存在问题传统的滤波器设计方法是需要利用设计参数要求，通过计算或者查表来确定各元件的具体参数，从而完成滤波器的设计过程。传统的微带线低通滤波器尺寸偏大，阻带较窄。五、主要参考文献1.甘本拔，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计.19722.李忻，聂在平.交叉耦合模型及其在腔体滤波器中的实现.电子科技大学学报.2004.43.CHunter.LBillonet.BJarry.P.GuillonMicrowaveFilters-ApplicationsandTechnology2002.34.[美]MarcT.Thompson著，张乐峰等译.IntuitiveAnalogCircuitDesign.人民邮电出版社.2009.2指导教师审阅签字：年月日