基于混合传输线结构的多层平面差分滤波器的研究

摘要

随着现代微波通信系统高度小型化的发展趋势，一方面，微波平面电路向多层结构、多种传输线结构的方向发展，两层间垂直过渡结构设计是多层电路设计中关键问题;另一方面，高密度的物理布局导致器件间存在严重的电磁干扰，具有抑制共模噪声功能的差分滤波器逐渐受到广泛关注。本论文针对多层平面微波通信系统，对基于混合传输线结构的层间过渡结构和具有固有共模抑制特性的差分滤波器进行了深入系统的研究，具体的研究内容包括:
　　1.提出了激励槽线多模谐振特性的方法，并用于设计微带线-槽线-微带线宽带垂直过渡结构;提出了使用多模宽带理论和基于等效电路模型的综合设计方法设计该种垂直过渡结构。设计并加工了基于单个/两个多模槽线谐振器的宽带垂直过渡结构，仿真和试验结果表明所设计的多模过渡结构有很宽的工作带宽和良好的带内平坦度，也验证了所提出的设计理论的正确性和设计方法的有效性。
　　2.提出了两个由差分馈电结构激励多模槽线谐振器构成的差分宽带滤波器及其基于等效电路模型的综合设计方法。该种滤波器在共模时凭借馈电结构中存在的电场不匹配现象呈现抑制特性，而在差模时可使用有偏移位移的激励方法激励槽线的多个谐振模式以实现宽带带通特性。设计并加工了这两个差分滤波器，验证了所提出的宽带多模理论的正确性和基于等效电路模型的设计方法的有效性。分析表明所提出的差分滤波器可实现的差模相对带宽范围约为100％-140％。
　　3.提出了一种微带枝节加载槽线谐振器和使用该种谐振器实现差分宽带滤波器的设计方法。该混合传输线结构的谐振器本身具有共模抑制特性，无需特别使用差分馈电结构;使用一般的平行耦合馈电结构后，谐振器在差模下呈现出适用于宽带带通响应的谐振频率分布特性。仿真和试验结果表明所提出的差分滤波器具有宽通带、低插损、良好的带内平坦度、简单的设计方法等优点。可实现的差模相对带宽范围约为67％-94％。
　　4.为了实现差分双模双通带滤波器，提出了根据单端谐振器原型获得混合多模谐振器的普适性方法，所设计的谐振器本身具有共模抑制特性。采用该方法具体设计了一个可以分别实现差模宽带、双模双通带响应的谐振器与相应的差分滤波器。仿真和测试结果验证了该方法的可行性和有效性。
　　5.针对多模谐振器结构的差分滤波器在差模相对带宽＜70％的应用上的不足，提出了两种基于耦合谐振器结构的具有固有共模抑制特性的差分滤波器:(1)基于半波长槽线谐振器、串联感性耦合结构、使用差分馈电结构的三阶差分滤波器。仿真和测试结果证明了该滤波器带内插损低、一次谐波被抑制;(2)使用适用于双宽带响应的微带枝节加载平行槽线耦合结构、差分馈电结构的耦合差分双宽带滤波器。仿真和测试结果证明了所提出的双宽带耦合结构和相应双宽带滤波器的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 层间垂直过渡结构的研宄现状

1．2．2 差分滤波器的研宄现状

1．3 本论文的主要内容

2 基于多模槽线谐振器的宽带垂直过渡结构

2．1 引言

2．2 基于单个槽线多模谐振器的垂直过渡结构

2．2．1 工作原理和基本结构

2．2．2 等效电路模型的提出、简化和综合设计

2．2．3 宽带过渡结构的设计、加工和测试

2．2．4 结果讨论

2．3 基于两个双模槽线谐振器的垂直过渡结构

2．3．1 工作原理

2．3．2 版图设计和实验验证

2．4 本章小结

3 基于多模槽线谐振器的差分宽带滤波器

3．1 引言

3．2 多模槽线谐振器及其差分馈电结构

3．3 差模等效电路模型的提出、简化和综合设计

3．4 差分滤波器的设计、加工和测试

3．5 本章小结

4 基于微带枝节加载槽线谐振器的差分宽带滤波器

4．1 引言

4．2 微带枝节加载槽线谐振器的提出

4．3 差分宽带带通滤波器的设计

4．3．1 基于微带枝节加载槽线三模谐振器的差分滤波器

4．3．2 基于微带枝节加载槽线四模谐振器的差分滤波器

4．4 本章小结

5 混合多模谐振器在差分宽带／双模双通带滤波器中的应用

5．1 引言

5．2 混合多模谐振器

5．3 差分滤波器的设计

5．3．1 差分宽带带通滤波器

5．3．2 差分双模双通带带通滤波器

5．4 本章小结

6 耦合槽线谐振器结构的差分滤波器

6．1 耦合槽线谐振器结构的具有一次谐波抑制特性的差分滤波器

6．1．1 滤波器设计

6．1．2 实验验证

6．2 基于微带枝节加载槽线谐振器的耦合差分双宽带滤波器

6．2．1 微带枝节加载的槽线谐振器及其耦合结构

6．2．2 输入输出耦合和其他优化

6．2．3 实验验证

6．4 本章小结

7 全文总结与展望

7．1 全文总结

7．2 后续工作与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间以第一作者完成的论文情况

攻读博士学位期间参与编写的书籍

攻读博士学位期间参与的科研项目

攻读博士学位期间获奖情况