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    下一代的移动通信系统,不仅要求微波滤波器的尺寸小,选择性高,而且还要求满足插入损耗低等各种特性。为了达到滤波器高选择性的要求,Levy引入了交叉耦合滤波器的结构:通过互不相邻的谐振器的交叉耦合产生传输零点,达到改善微带滤波器带外抑制能力的目的[18]。但是,对于单模谐振器来说,微带滤波器使用交叉耦合结构至少需要四个谐振器,虽然可以获得高的选择性,但谐振器数量的增加导致插入损耗比较高,这是我们所不愿意看到的[19]。与单模滤波器相比,双模滤波器就更有优势,因为每个双模谐振器都等效于含有两个调谐谐振电路,因此用双模结构设计的滤波器所需的谐振器数量减小为了滤波器阶数的一半,从而使滤波器的结构变得更加紧凑,满足了日益增长的滤波器小型化的要求。64869

    双模及多模谐振器技术作为滤波器小型化技术中最为常见的一种,谐振器中不同的场分布对应有无穷多个谐振模式和谐振频率,简并模就是其中具有相同谐振频率的模式。我们常通过在单个谐振器中加入一些微扰结构(比如开槽、切角或加入小的贴片等),改变其原来正交简并模的电场分布,从而使一对正交简并模之间发生耦合分离,两个耦合简并模相当于两个耦合谐振器,这样在保持谐振回路不变的情况下,使谐振器的个数减少一半,减小了电路体积。

    1951年,关于一腔多模的微波滤波器理论首次被林为干提出,奠定了多模滤波器应用基础[20]。1971年,Aria和Williams提出了双模波导滤波器的耦合矩阵综合方法,并列举了一个四腔双模滤波器的实例[21]。1972年,Wolff利用双模环形谐振器首次实现双模带通滤波器,将双模谐振器的概念成功引入到平面电路中,论文网通过非对称的馈电或者增加一个缺角微扰元的方法分离两个简并模式,设计出一个具有对称带外零点的带通滤波器,推动了双模滤波器的研究发展[22]。随后,Curtis和Fiedziuszko还报道了一系列平面双模滤波器,研究分析了碟型、方形贴片谐振器和环形谐振器,并利用这些谐振器设计实现了切比雪夫型和准椭圆函数型滤波器[23]。1995年,J.-S.Hong报道了一个正交耦合的方形环双模谐振器,实现了窄带滤波器响应[24]。同年,他还提出一个折叠方形环的双模滤波器,经研究发现该结构比普通环形双模滤波器结构缩小了53%的尺寸大小[25]。H.Yabuki等在环形双模谐振器中引入平行耦合线,采用这种谐振器构成的滤波器结构紧凑,且具有良好的可调带宽范围[26]。2002年,L.-H.Hsieh采用L型非对称耦合臂馈电,没有直接在方环形谐振器上引入微扰,在环形谐振器上得到了两个分离的简并模式,实现了具有准椭圆函数滤波特性的双模滤波器[27]。2004年,Adnan Gorur提出了一种新型双模谐振器,在方环形谐振器的四个顶角分布贴片或缺角,将其中一个作为微扰元,其余三个作为参考元,只要改变微扰元和参考元的相对大小,即可实现位于复平面实轴或虚轴的有限频率传输零点,同时还保证了滤波器的带宽 [28]。同年,J.-S.Hong又利用三角形贴片双模谐振器,设计出了二阶和四阶带通滤波器[29]。

    国内外研究的文献资料来看,双模滤波器大都采用片式结构或环式结构,或经过一些变形得到。通常有在圆形、方形、三角形和六边形等结构的基础上,采用折叠、加载等技术来缩减其尺寸大小。各种多样化的形式结构研究可详细见诸于各种文献[31]-[33]。

    纵观所有的双模及多模滤波器的研究文献,将不同形式的小型化技术结合在一起实现所需的性能是接下来平面滤波器小型化发展的重要途径,同时完善滤波器的性能,综合考虑设计成本以及设计效率都是值得以后研究的方向

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