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参考文献 34
1 绪论
1．1 课题意义
这些年来，由于无线通信技术的发展，滤波器的设计得到了进一步的提高，要求也更加严格，比如较小的通带插入损耗和尺寸，以及较宽的谐波抑制范围等。又因为一系列的新工艺和新材料的出现，如低温烧结陶瓷、高温超导体、微机械加工等[1]，都扩展了关于微波滤波器的理论。
根据实现结构，微波滤波器可分为平面滤波器和非平面滤波器。而微带滤波器就属于平面滤波器。它的特点是重量轻，成本低，易加工，并且易于兼容。另外微带滤波器可以在很多种类的衬底材料上设计实现，且频率范围较广。由此看来这样的滤波器性能很好，能满足小型化这一特征，因此该滤波器常被研究人员用于各种领域。
本论文主要围绕小型化微带双模滤波器的设计进行了一些理论研究和仿真。本课题研究的主要目的是通过探讨双模滤波器的基础理论知识，设计出具有低损耗、高性能的小型化微带双模滤波器。双模谐振器常被用来实现射频/微波滤波器[2]，若用它设计出阶数固定的滤波器，则需要的谐振器数量会少一半，从而实现了小型化的滤波器。除此之外，双模谐振器的的百分比带宽很小，而单模谐振器的带宽比它大[3]，这使它能用于卫星通信领域。
1．2 微带双模滤波器的国内外研究现状
在一开始设计滤波器的时候，通常只使用谐振器中谐振频率最低的模式——主模，因此如果要设计两阶以上的滤波器就要利用至少两个谐振器，而这种结构是不能实现小型化的，且滤波器的插入损耗也比较大。于是，许多研究者就提出了“双模”的理论，它是来源于一对简并模式，这样的谐振器可以同时产生两个谐振频率点。在上个世纪70年代，Wolf首次使用微带双模谐振器构成了双模滤波器[4]。双模滤波器若根据两个谐振模式的关系，可以分成简并双模滤波器和非简并双模滤波器这两大类。其中简并双模滤波器的结构包括圆片形、圆环形、方片形、方环形、三角形等[5]。而非简并双模滤波器的结构有山字形，T形等[6]。图1.1显示的就是一些传统的微带双模谐振器结构，其中 为对称线的长度， 是谐振器在基频时的波导波长。图中所有谐振器的微扰都位于45度对角线处。其中图1.1(a)和(b)利用了小缺口微扰，(c)(d)(e)利用的是小贴片微扰。当然，除了以上所述的结构之外，还存在其它的双模谐振器结构。
图1.1 传统的双模滤波器 (a)圆贴片(b)方贴片(c)圆环形(d)方环形(e)蜿蜒折环形
图1.2所示的是一些较新颖的双模滤波器结构。在设计各种小型化双模滤波器时，不仅出现了多种微扰结构，也存在双模本身和传统方式混合的的结构。图1.2(a)显示的是带开环阻抗的环形谐振器，在这样的结构中，滤波器的边长尺寸较小[7]。图1.2(b)显示的是带有电容性开环的双模谐振器，它的尺寸比(a)的更小[8]。图1.2(c)显示的是用集总并联电容实现的双模谐振器，在缩小尺寸方面有了进一步的发展，但是这种滤波器难以设计[5]。图1.2(d)显示的双模谐振器采用了并联电容性阶梯阻抗，它的原理是通过增加回路中电容的数值，来降低滤波器的工作频率[9]。
新型的双模滤波器 (a)带开环的双模滤波器(b)带电容性负载开环的双模滤波器
(c)带并联集总电容的圆环双模滤波器(d)带并联电容性阶梯阻抗的双模滤波器