具備切比雪夫濾波特性的天線設(shè)計與研究.pdf

1、隨著無線電技術(shù)的迅猛發(fā)展，對射頻前端中微波濾波器和天線的要求也越來越高。具備濾波特性的天線能很好地解決傳統(tǒng)設(shè)計方法中天線和帶通濾波器直連所引起一些問題，如：尺寸過大和阻抗失配等，從而具有很高的性能。濾波天線是利用綜合法設(shè)計的尺寸更小、性能更高的具備濾波特性的天線。本文依據(jù)高集成度、小型化和高性能等兼?zhèn)涞脑瓌t，對微波帶通濾波器、微波濾波天線進(jìn)行了研究。并設(shè)計了一個工作在2.4 GHz的小型化交叉耦合帶通濾波器，以及兩個小型化的具備切比雪夫

2、濾波特性的天線，工作頻率分別為915 MHz和2.4 GHz。本文的主要內(nèi)容如下：
　　第一、二章通過對相關(guān)文獻(xiàn)的分析和比較，總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于無源射頻前端器件的研究方向和研究方法，梳理了天線和濾波天線設(shè)計的相關(guān)理論,為本文的研究和設(shè)計奠定了基礎(chǔ)；
　　第三章主要以熟悉綜合設(shè)計過程及小型化的實現(xiàn)方法為目的，利用帶通濾波器綜合法設(shè)計了一種新型嵌入式交叉耦合帶通濾波器，為濾波天線的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。為使濾波器小型化，設(shè)計了兩種緊湊型階

3、躍阻抗諧振器結(jié)構(gòu)。通過研究和改善諧振器間的耦合機(jī)制，兩種諧振器不僅可形成嵌入式結(jié)構(gòu)，而且縮減了饋線占據(jù)的面積，進(jìn)一步減小了含饋線在內(nèi)整個帶通濾波器的尺寸。為驗證設(shè)計方法的可行性，設(shè)計了一個中心頻率為2.4 GHz，相對帶寬FBW為15％的4階交叉耦合帶通濾波器。對該濾波器進(jìn)行了仿真，加工和測試，仿真和測試結(jié)果表明該濾波器具有所需的廣義切比雪夫特性，并具有較低插入損耗、良好的邊緣選擇性和帶外抑制特性，能夠滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對小型化高性能濾波

4、器的要求。
　　第四章利用綜合法分別設(shè)計了兩個小型化的工作在915 MHz和2.4 GHz的具備二階切比雪夫濾波特性的天線。具體步驟為：(1)根據(jù)中心頻率、相對帶寬等設(shè)計目標(biāo)，確定帶通濾波器的響應(yīng)類型、階數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(2)設(shè)計諧振器，使其諧振頻率等于目標(biāo)中心頻率，并能滿足所需的耦合類型。計算出符合設(shè)計指標(biāo)所需的耦合系數(shù)及輸入輸出外品質(zhì)因數(shù)，根據(jù)帶通濾波器綜合法設(shè)計出相應(yīng)的帶通濾波器；(3)設(shè)計與濾波器的諧振器頻率相同天線，并保證

5、它的品質(zhì)因數(shù)等于帶通濾波器的輸出外品質(zhì)因數(shù)；(4)用設(shè)計好的天線代替帶通濾波器的最后一級諧振器，并在有損情況下，提取出天線和前一級諧振器之間的耦合系數(shù)，選用所需與帶通濾波器最后兩級諧振器之間的耦合系數(shù)相同的值，確定出相應(yīng)的物理尺寸。然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)在處理天線與前一級諧振器之間的耦合時，并未給出明確且簡單的提取耦合系數(shù)的方法。這是因為，天線作為末級有耗諧振器時，一般的耦合系數(shù)提取方法會失效。為此，本章以電路形式分析了有耗諧振器間的耦合，經(jīng)過