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摘要本文基于多模谐振器提出了一种新型的三模巴伦带通滤波器，所设计的巴伦滤波器不仅具有良好的滤波特性而且具有优良的巴伦特性。为了实现这种三模巴伦带通滤波器（BPF），本文引入了多模阶梯阻抗谐振器（SIR）并且将其平行耦合到平衡和不平衡两个端口。为了达到 180 度的相位差，在两个输出端口分别采用微带-共面波导（CPW）-微带和微带-共面带状线(CPS)-微带这两种过渡结构。最后，为了验证我们的设计思路，我们成功设计和制作了一个工作在 2.6 GHZ 的巴伦滤波器。最终优化的结果表明，所提出的 BPF 不仅表现出优秀的通带选择性，而且具有良好的输出平衡性，两个平衡输出端口的幅度差在0.5dB以内和相位差在 5度以内。 28455
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毕业论文关键词 巴伦带通滤波器 阶梯阻抗 三模谐振器 共面波导 共面带状线
Title Design of a microstrip tri-model balun bandpass filter which based on multimode stepped impedance resonators
Abstract A new tri-mode balun bandpass filter(BPF) with good filter-type functions is presented in this letter. To realize the tri-mode balun bandpass filter (BPF) performance, the multi-mode stepped-impendence resonator (SIR) is introduced and the parallel coupled to both the balanced and unbalanced ports. In order to achieve 180 degrees phase difference,two types of transition structures ,such as the microstrip-coplanar waveguide (CPW)-microtrip transition and the microtrip –coplanar stripline (CPS) microstrip transition are adopted for the balanced output ports design, respectively. A balun BPF operating at 2.6 GHz is designed and fabricated to validate the feasibility of the new approach. Results indicate that the proposed balun BPF exhibits not only high selectivity with twotransmission zeros locating at 1.7 GHz and 3.7 GHz but also good balance performance with 0.5 dB magnitude imbalance and 5 degree phase imbalance between the balanced outputs.
Keywords Balun bandpass filter(BPF) stepped impedance multimode resonator(SIR) coplanar waveguide(CPW) coplanar stripline(CPS)
目次
1绪论1
1.1巴伦带通滤波器的研究背景及意义.1
1.2国内外研究现状.2
1.3本文研究的主要内容和工作.4
2微带线及巴伦滤波器的基本理论6
2.1微带线的基本理论.6
2.2巴伦的基础知识.8
2.3滤波器的相关基本理论概述.11
2.4本章小结.16
3基于SIR谐振器的微带三模巴伦滤波器的设计和结果分析.17
3.1基于SIR谐振器的微带三模巴伦滤波器的设计指标17
3.2阶梯阻抗谐振器（SIR）的基本结构和谐振特性17
3.3三模谐振器的设计与分析.21
3.4模型设计与优化.24
3.5巴伦滤波器测试与结果分析.31
结论33
致谢34
参考文献35
1 绪论 1.1 巴伦带通滤波器的研究背景及意义 如今，随着无线通信技术的快速发展，航天、通信等领域的设备对其射频前端的微波部件的性能要求越来越高。尤其是射频前端的无源器件，都在向结构紧凑，成本低廉方向发展。为了使通信设备的通话质量提高，这就要求信号发射的前端部件如滤波，放大器等性能稳定，可靠，同时，还得具备尺寸小这个条件。从而有了本文这样的一个创新的设计概念，将多个不可缺少的组件集成到一起，使得性能和尺寸都能满足设计指标。 如果按照常规方法去设计滤波器，会带来电路尺寸大，功耗高等问题。因此，如何有效地减小无源微波器件的尺寸，实现高性能，小型化的目标成为国内外的研究热点。而为了满足所提出的设计目标，一种有效的创新方法是多功能无源部件的设计，多功能无源部件虽然在形式是一个独立的元器件，但在功能上能够将多种无源器件的功能整合到一起。本文提出的巴伦滤波器就是一个独立的微波无源器件，它在功能上实现了射频电路中的滤波器和巴伦的有效结合，换言之，巴伦滤波器同时具备了使输入信号实现滤波和功率等幅反向的分配功能。正是因为本文设计的巴伦滤波器有效地将射频前端系统中的两个部件组合成了一个部件，使得所设计出的巴伦滤波器成功减小了器件的尺寸，同时也降低了整个系统的成本，这使得该器件在工程应用方面极具竞争力。不仅如此，这种将两种器件集成到一起的设计也保证了该器件的工作性能。 在实现整个系统的过程中，本文还采用了多模谐振器的结构，这也是一种在微波无源器件设计中经常被采用的结构。多模谐振器由于结构简单，易于分析，同时具备模式的多样性，所以常常被用来设计具有多模响应的微波电路。从功能实现角度来看，一个多模工作的微波无源器件或子系统在工作时能够替代传统的设计方法下多个单模工作的元部件或子系统，正因如此，在射频前端系统中使用多模微波无源器件不仅仅能通过减小设计系统中的元件数目来简化系统的复杂程度，而且能够在保证系统工作性能的前提下降低整个电路设计的成本。国外很多知名学者对于多模谐振器的这一性能也颇为关注。多模谐振器在微波无源电路设计中的广泛应用，更是奠定了它在微波电路方面不可小觑的地位。如具有双通带特性的微波滤波器的设计，超宽带滤波器的设计等等都离不开它。
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