同轴腔体带通滤波器的研究

同轴腔体带通滤波器的研究 分类号 密 级, , , 单位代码 ,,,,, 同轴腔体带通滤波器的研究 贾守礼 指导教师 房少军 职称 教授学位授予单位 大连海事大学 申请学位级别 工学硕士 学科与专业 信息与通信工程 论文完成日期 ,,, ,年,月 答辩委员会主任 ,,, ,,,,,,;, ,, ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,(,,,, ,,,,,,, , ,,,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,，, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,？,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,,, ,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,,,, (，,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,;,,,,, ,,,,,,,,,,,) ,,,,,, ,,,,,,,,,,:,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,, ,,,, ,,,, 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明:本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文 ,,回独膣住董通选这墨的硒究: 。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名:,冤鹭丝, 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即:大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于: 保密 口在——年解密后适用本授权书。 不保密 ‖(请在以上方框内打“?，，) ， 论文作者签名;张礼导师签名: 弓 日期:砸年 札,以朋 中文摘要 摘要 同轴腔体带通滤波器具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点，在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。在电视发射系统中，通过滤波器的组合可以构成双工器和多工器，实现多个频道共用一副天线的目的。数字电视发射系统要求滤波器具有功率容量大，插入损耗小，匹配特性好，频道抑MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715989735671_1高等性能，并且随着发射频道间隔越来越小，对滤波器的性能要求越来越严格，这对滤波器的设计提出了更高的要求。 本文的研究课题是基于某电视发射设备公司的项目要求，对同轴腔体带通滤波器做了详细的研究，主要工作有如下几个方面: (,)完成了基于,,,,,,计算平台的交叉耦合滤波器综合软件，该软件可以快速综合出,,节对称网络交叉耦合滤波器的耦合矩阵，为滤波器的设计提供理论计算; (,)分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等; (,)完成了某电视发射设备公司项目要求的腔体滤波器的研发，设计了一款工作在数字电视第,,频道的同轴腔体滤波器，目前该产品已成功应用于数字电视发射台; (,)设计仿真了一款可用于数字电视邻频发射系统中的滤波器，该滤波器有,节同轴谐振腔组成，通过引入两个交叉耦合在通带外引入,个有限传输零点，以提高滤波器的带外抑制度。 随着滤波器综合技 术的不断发展，任意结构的微波滤波器的综合已经不是难点，未来的微波滤波器的研究主要集中在新材料的开发应用、快速仿真技术和自动化调试技术等。关键词: 微波带通滤波器;耦合矩阵;同轴谐振腔;有限带外传输零点 英文摘要 ,,,,,,,, ,,,,,,, ;,,,,, ,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,, ;,,,,,,;,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,;,,,,,,，,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,，,,,,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,,,，,,, ,,,,,,, ,,,,, ;,,,;,,,，,,, ,,,,,,,,, ,,,,，,,, ,,,,,,,, ,,,,—,,,,(，, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,，,, ,,,,, , ,,,,,,,, ,, , ,,,,,,,,,,,，,,, ,, ,,,, ;,,,,,,, ;,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,,,(，, ,,？,,,,, ,,,,,,,, ,,,, ,,,, ,,,,,，,,, ,,,,,,,,, ,,,,，,,,, ,,,;,,,,，,,,, ;,,,,,, ,,,,;,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,(,,, ,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,;,,, ;,,,,,,,，,,, ,,,,,,,,,;, ,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,;,,,,,,,,, ,,,,,,,,,，,,,;, ,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,, ,,,,,;,,,( ,,,, ,,,,,,;, ,, ,,,,, ,, ,,, ,,,,,;, ,, , ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,, ,？,,,,,,,;,,,,,,(,,, ,,,, ;,,,,,,, ,,, ,, ,,,,,,,,,: (,),,,,,,,, ,,, ,,,,,—;,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,，,,,;, ;,, ,, ？,,;,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,,,,,, ,, ,, ,,,,,,,,;,,,,,,, ;,,,,?;,,,,,,, ,,,,,,( (,),,,,,,, ,,, ,,,;,,, ,,, ,,,;,,,,,,,,,,; ,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,，,,;,,,,,, ,,,,,,,, ,,,？,,,;,，,,,,,,,, ,,,,;,,,, ,,, ,,,,,,,, ,?,,,,,( (,),,,,,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,, , ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,, ,？,,,,,,, ,,,,,,,，,,,,,,,, , ;,,,,,, ;,,,,, ,,,,,, ,,,,, ,, ;,,,,,, ,,，,,, ,,, ,,,,,;, ,,, ,,,,,,;;,,,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,( (,),,,,,, ,,, ,,,,,,,, , ;,,,,,, ,,,,,, ,,,, ,,,, ,, ,,,, ,,, ,,, ,,,,;,,, ;,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,,, ,,, , ,,,,,,,,,, ;,,,,,,, ,, ,,, ;,,,,,;,,,,,, ,,,, ,,,,,,,;,,,,,, ,, ,,;,,,,, ,,, ,, ,,,, ,,,, ,,,,;,,,, ,,,,,( ,,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,, ,,;,,,,,,,，,,;,,,,,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,,;,,,,,, ,,, ,,,,,;,,, ,,,,,,,，,,, ,,,,,, ,, ,,;,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,;, ,,;,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,;,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,，,,,, ,,,,,,,,,, ,,;,,,,,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,, ,,;,,,,,,,(,,, ,,,,,:,,;,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,;,,,,,,,, ,,,,,,; ,,,,,,, ,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,, ? 目 录 目 录第,章绪 论……………………………………………………………………………(, ,(,微波滤波器的研究现状………………………………………………………((, ,(,同轴腔体滤波器在电视发射系统中的应用…………………………………, ,,,论文的主要工作和章节安排……………………………………………………,第,章带通滤波器设计理论……………………………………………………………, ,(,滤波函数…………………………………………………………………………, ,(,低通原型滤波器…………………………………………………………………, ,(, ,(,频率映射和元件变换………………………………………………………。,,倒置变换器……………………………………………………………………,, ,(,耦合谐振电路分析…………………………………………………………。, ,第,章交叉耦合滤波器综合软件设计………………………………………………, , ,(,引 言……………………………………………………………………………………………………, , ,(,交叉耦合滤波器的综 合……………………………………………………。,, ,(,(,广义,,,,,,,,,多项式的展开………………………………………,, ,(,(,对称网络低通原型的综合……………………………………………,, ,(,(,对称网络交叉耦合滤波器的耦合矩阵………………………………(,, ,(,交叉耦合滤波器综合软件……………………………………………………,, ,(,(, ,,,,,,简介…………………………………………………………………………。,, ,(,(,交叉耦合滤波器综合软件开发 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 …………………………………,, ,(,(,应用实例…………………………………………………………………,,第,章同轴谐振腔的分析……………………………………………………………(,, ,(,皆振腔的谐振模式……………………………………………………………,, ,(,谐振腔的耦合…………………………………………………………………,, ,(,(,电耦合…………………………………………………………………,, ,(,(,磁耦合……………………………………………………………………,, ,(,(,混合耦合………………………………………………………………,, ,(,外部品质因数的计算…………………………………………………………,,第,章同轴腔体带通滤波器的设计…………………………………………………,, ,(,引 言……………………………………………………………………………………………………,, ,(,同轴腔体滤波器的设计步 骤………………………………………………。,, ,(,四腔同轴腔体滤波器的设计………………………………………………。,, ,(,(,设计指标………………………………………………………………,, ，，， 目 录 ,(,(,参数计算………………………………………………………………(,, ,(,(,谐振腔仿真……………………………………………………………,, ,(,(,全腔仿真………………………………………………………………,, ,(,(,滤波器的加工与测试…………………………………………………,, ,(,交叉耦合滤波器的设计与仿真……………………………………………((,,第,章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 与展望……………………………………………………………………,, ,(,全文总结与主要贡献………………………………………………………((,, ,(,下一步的研究方向……………………………………………………………,,参考文 献…………………………………………………………………………………。,,攻读学位期间公开发表论文…………………………………………………………((,,致 谢…………………(((…………(……(…………(……((…((……(…………(………(……………(……(((,,,,研究生履 历………………………………………………………………………………,, ，, 同轴腔体带通滤波器的研究 第,章绪论 微波滤波器是一种具有频率选择性的元件，在无线通信系统、电视广播、,,,导航、遥测遥感和雷达等多个领域得到了广泛的应用【,】。通常，滤波器的电气性能用回波损耗魁、插入损耗儿、带外抑制尺吐和群时延特性来描述，滤波器的插入损耗儿越小，回波损耗,,越大，系统的匹配特性越好;带外抑制越高，系统对带外干扰的抑制越大;同时，良好的系统信号传输要求微波滤波器具有平坦的群时延特性【,,。在机械特性上，通常要求滤波器体积小、重量轻并且具有稳定的温度特性。这些都为现代滤波器的设计提出了更严格的要求。,(,微波滤波器的研究现状 微波滤波器是现代微波器件的研究热点，在，,,,数字图书馆中搜索“,,,?簦澹颉毕喙氐奈恼拢 樱保梗玻澳甑剑玻埃?,年问有,,,，,,,篇论文发表，是同期放大器论文数量的三倍多，同期天线论文数量的两倍多，并且论文发表速度越来越快，仅在,,,,年就有,,，,,,篇论文发表;在中国知网上搜索“微波滤波器”进行精确匹配，从,,,,年到,,, ,年有近,,,,篇论文发表，仅在,,,,年一年问就有,,,篇论文发表。 在微波滤波器的发展过程中，很多学者和工程师都做出了卓越的贡献。,,,,年，,(,(,,,,,和,(,(,,,,,利用传输矩阵推导了大量的滤波器函数，为微波滤波器的研究奠定了理论基础【,】;,,,,年，,(,(,,,,和,(,(,,,,,,在论文中提出镜像参数法设计微波滤波器【,,，在美国的各大实验室中得到了广泛的应用:,,,,年，,(,(,,,,在集总元件低通原型滤波器的基础上提出了耦合空腔滤波器理论【习;,,,,年，,(,(,,,,,,,，,(,,,,,和,(,(,(,,,,,在他们的论 著中对微波滤波器的经典设计方法和耦合结构作了全面、系统的总结【,,，甚至在现在仍具有很好的参考价值，被誉为微波滤波器设计的圣经;,,,,年，,(,,,,建立了集总参数滤波器和分布参数滤波器的元件之间的联系，并给出了低通原型滤波器的综合方法和常用滤波器函数的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 …川;,,,,年到,,,,年间，,(,(,,,,,,提出和发展了线性相位滤波器设计理论【,,,,,】;同时期的,(,(,,,,，,(,(,,,,,,,,和,(,(,,,;,,,提出了交叉耦合滤波器的低阶原型，总结出了传输零点对称分布时的偶模网络和相应的偶模矩阵综合方法【,,之,】:,,,,年，,(,(,,,,,,,提出了广义,,,,,,,,,多项式的快速 第,章绪论递归技术【,,之,,，并在,,,,年至,,,,年给出了基于,;,,,,,正交变换法的交叉耦合滤波器耦合矩阵的综合方法【,,,,,,，并且在,,,,年出版的论著中对交叉耦合滤波器的综合技术做了详细的推导和总结【,,,;同时，,(,,,,,也给出了另一种广义,,,,,,,,,多项式的递归算法【,,】，并且利用梯度优化算法优化出了交叉耦合滤波器的耦合矩阵【,,,;国内的褚庆听教授在,,,,年提出和发展了利用电磁混合耦合来实现带外传输零点的理论【,”,】;,(,(,,,,和,(,(,,,;,,,,,,在其论著中对微带滤波器的设计方法进行了详细的研刭,,羽】;,,,, ,,〔,,,,,〕教授在微波滤波器的预失真设计和计算机辅助调试等方面做出非常重要的贡献。 近年来，电磁仿真技术的发展为微波滤波器设计带来了革命性的变化。常用的三维电磁仿真软件有,,, ,,;,,,,,, ,,,,,,〔,,,、,,,,〔,,,、,,,,,〔矧、，,,,〔,,,等，这些仿真软件不仅可以提供准确的频域和时域仿真，还可以提供精确的本征模计算，并且具有了丰富的优化算法，能够快速完成滤波器的全腔仿真;同时，利用三维电磁仿真软件和二维电路仿真软件(如,,,〔,,,、,,,〔,,,、,,,,,,,,,,,,,,〔删等)进行协同仿真，通过空间映射法或端口调试法可以快速的调试出理想的滤波器响应;并且这些电磁仿真软件提供了丰富的编程软件接口，利用,,〔,,,、,,,,,,〔,,】等编程软件，可以完成滤波器的自动化建模、仿真和优化。这些促进了微波滤波器的发展。,(,同轴腔体滤波器在电视发射系统中的应用 在电视发射系统中通常采用双工器或者多工器将两个或者多个频道信号合成一路信号，使多个电视频道共用一副天线，以此来节约发射台的建设成本【,,,。 图,(,给出了常见的三种不同类型的电视双工器。图,(,(,)为延时线型双工器，有两个,,,电桥和具有不同时延的同轴传输线构成，该双工器结构简单，制造成本低，但是频道隔离度低，通常要求两个频道信号具有一定的频率间隔，在电视发射系统中应用较少;图,(,(,)为星型双工器，由分别工作在两个不同频道的滤波器和,型连接线构成，双工器的带外抑制主要有滤波器提供，滤波器的带外抑制度越高，频道的隔离度越高，在电视发射系统中应用范围较广:图,(,(;)为桥式双工器，由两个特性相同的滤波器和,,,定向耦合器组成，双工器的带外抑制有滤 同轴腔体带通滤波器的研究波器和定向耦合器共同提供，具备较高的带外抑制度，在电视发射系统中的应用 ’最为广泛【钙,。 (,)延时线型双工器 (,)星型双工器 (;)桥式双工器 图,(,双工器的三种不同类型【,,, ,,,(,(, ,,,,。,,,,,,,,, ,,,,, ,??,,,,,,,, 对于星型双工器和桥式双工器，滤波器 的性能直接关系到双工器的性能优劣，因此，滤波器的研制也就成了双工器设计的重中之重。 谐振腔的无载品质因数,,越大，滤波器的插入损耗越低。同轴谐振腔的无载品质因数,,最高可以达到,,,,,以上，并且随着谐振腔的增大，无载品质因数,,和功率容量都会随之增加，因此同轴腔体带通滤波器具有插入损耗低、功率容量大等优点，在电视发射系统中得到了广泛的应用。 双工发射的两个电视频道频率间隔越小，对滤波器的带外抑制要求越高，通过增加滤波器的节数可以提高滤波器的带外抑制度，但是这样会增加滤波器的插入损耗，增大体积，提高设计成本。工程中一般采用交叉耦合滤波器来实现高抑制度，交叉耦合滤波器通过设置适当的传输零点，在不增加滤波器节数的情况下可以得到很高的带外抑制度，经计算,节,个传输零点的交叉耦合滤波器即可以满足邻频双工器的抑制要求。,(,论文的主要工作和章节安排 论文的研究课题来源于鞍山市某电视发射设备公司的电视发射多工器项目，论文主要针对电视发射双工器中的同轴腔体滤波器进行了研究，主要研究工作包括:交叉耦合滤波器综合软件的设计，同轴谐振腔的电磁特性和同轴腔体带通滤波器的仿真设计等。 第,章绪论 全文共分为六章，具体章节安排为: 第,章概述了课题的研究背景和研究意义，主要包括微波滤波器的发展历程和滤波器在电视发射系统中的应用，并对全文的工作和章节安排进行了概述; 第,章介绍了微波滤波器设计的基本理论，主要包括:滤波函数、低通原型滤波器、频率映射和元件变换以及对偶原理在滤波器设计中的应用;并结合耦合谐振电路理论，引出了耦合矩阵和外部品质因数的概念; 第,章分析交叉耦合滤波器的综合过程，编写了基于,,,,,,计算平台的交叉耦合滤波器综合软件，并举例验证了软件的可靠性; 第,章借助电磁仿真软件详细分析了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括:谐振腔的谐振模式，谐振腔耦合结构及外部品质因数等; 第,章按照公司的项目要求，设计了一款工作在电视发射第,,频道的同轴腔体滤波器，在公司的帮助下完成了,，和测试，同时，设计仿真了一款含有,个对称传输零点的,腔交叉耦合滤波器，该滤波器可以满足电视发射邻频双工器的指标要求。 第,章对全文所做的工作进行了总结，并提出了下一步的研究方向。 同轴腔体带通滤波器的研究 第,章带通滤波器设计理论 带通滤波器是微波、射频系统中应用最为广泛的一种滤波器。图,(,(,)给出了理想的带通滤波器的传输特性曲线，劬和缈:之间为滤波器的通带，通带内的信号可以完好无损的通过;阴影部分为滤波器的阻带，阻带内信号将衰减为零。理想的带通滤波器是无法实现的，工程上常采用近似原则来进行带通滤波器的设计，即在滤波器的截止频率处增加一个过渡带，图,(,(,)中所示的,,，和？’以及彩，和奶’之间的区域称为滤波器的过渡带，只要滤波器的带外衰减在过渡带的频率范围内达到要求的衰减幅度就可以。滤波器的过渡带越窄，对滤波器的要求越高，相反则要求越低。 谜 划 馨 馨 , , , ;,,’;,, ;,, ,,, ,,,’ 频率 频率 (,)理想带通滤波器 (,)理想带通滤波器的近似 图,(,理想带通滤波器频率响应曲线 ,,,(,(, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,, 本章概括了带通滤波器设计的基本理论。首先介绍了滤波器的滤波函数;其次介绍了低通原型的理论，并且给出了低通原型到带通滤波器的元件变换;然后利用倒置变换器完成了谐振支路的统一，给出了带通滤波器耦合谐振电路模型;最后通过对耦合谐振电路的分析引出了耦合矩阵和外部品质因数的概念，进而滤波器的综合转化为对耦合矩阵的求解。,(,滤 波函数 理想的滤波器是一个由?个谐振器组成的二端口无耗网络，反射函数墨，(,) 第,章带通滤波器设计理论和传输函数,:。(,)可以表示为,阶的多项式【,,】: 四,勰 (,(,) 四,器 式中,为实频率变量，,是在缈,?,归一化的常数: 弘袁器,, (,(,) 式中,,为回波损耗。 同轴腔体带通滤波器的研究 儿删。,砾,可,, (,?,) .