微带滤波器的设计与研究

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1、微带滤波器的设计与研究Designandinvestigationsofmicrostripfilters领域：集成电路工程研究生：叶静指导教师：李玲霞教授企业导师：孙淑英高工天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月中文摘要微波滤波器是通信系统中重要的选频器件，其性能的好坏直接关系到整个通信系统的性能优劣。随着微波系统的发展，微波理论和微波技术变得更加丰富，各种微波系统的结构日趋复杂，对微波滤波器性能的要求也愈加严格，这极大地促进了微波滤波器研究在广度和深度方面的发展，目前小型化、高性能的微波滤波器已经成为近年来的研究热点。基于这一背景，本文从紧凑型谐振器结构、基板材料、传输零点的引入、双通带

2、及多通带等角度研究了微带线滤波器。微波材料的发展进一步推动了微带线滤波器的小型化，本文选取MgTiO3系微波介质材料为研究对象，通过对其进行掺杂改性，从物相组成、微观形貌和微波介电性能等三个方面对介质材料体系进行了系统地研究。最后确定了MgTiO3系微波介质材料作为本课题的基板材料。论文的工作内容主要包括：首先，运用缝隙电容加载以及T形枝节加载的双模谐振器，设计出了新型缝隙电容加载微带滤波器。实验证明，使用缝隙电容加载的谐振器对实现滤波器的小型化具有显著效果；T形双模谐振器能调节奇偶模谐振频率，使带宽的设计更加灵活，而且T形枝节加载于谐振环的内部，充分利用其内部自由空间，进一步减小了滤波器的面

3、积。采用介电常数为4.5的FR4作为基板与自制的介电常数为21.01的MgTiO3基陶瓷材料作为基板设计了新型微扰小环的双模带通滤波器，实验证明，在同样中心频率下，后者较前者的电路面积减小了约80%，插入损耗与回波损耗也有所改善。其次，在滤波器的设计中，有针对性地引入传输零点可以提高通带的频率选择特性和带外抑制度。现常用的有三种方式：交叉耦合、混合电磁耦合和源-负载耦合。采用对称的抽头结构，将交叉耦合和混合电磁耦合结合，实现了通带外具有六个传输零点的发夹型双通带滤波器。采用源-负载耦合设计了两腔六边形开口环滤波器，六边形开口环谐振器减小了滤波器的面积，在通带两侧分别产生了一个传输零点。将交叉耦

4、合、源-负载耦合结合起来，设计了三腔开口环滤波器，在通带外产生一个传输零点。基于对阶梯阻抗谐振器（SIR）的深入研究，分别设计出了一款内嵌SIR结构双通带滤波器和并联SIR结构三通带滤波器。最后，系统地介绍了MgTiO3系微波介质材料的制备工艺、物相组成、微观形貌和微波介电性能。以介电常数、Q×f值、谐振频率温度系数为主要考核指标，优选出0.93Mg0.97Zn0.035TiO3.005-0.07CaTiO3陶瓷材料作为微带线滤波器的基-6板。在1250°C下，其介电性能为：εr=21.01，Q×f=80,912GHz，τf=+0.76×10/℃。关键词：小型化高性能滤波器双模传输零点双通带微

5、波介质材料ABSTRACTMicrowavefilteristhemostimportantfrequencyselectioncomponentsofcommunicationsystem.Withthedevelopmentofmicrowavetechnology,microwavetheoryandmicrowavetechnologyarebecomingmoreandmoreabundant,thestructureofmicrowavesystemismoreandmorecomplex,andtherequirementsformicrowavefilterarealsomor

6、eandmorestrict.Miniaturizedandhighperformancefiltershaveattractedmuchattentionfromresearchers.Basedonthebackgroundmentioned,thefilterswithminiaturizedandhighperformancehavecaughtgreaterattentionfromtheresonator,dielectricmaterial,transmissionzerosanddoublebandpass.Thedevelopmentofmicrowavematerialsh

7、aspromotedtheminiaturizationofmicrostripfilter.Inthispaper,MgTiO3basedmicrowavedielectricceramicweredopedforabettermicrowaveproperties,phaseconstitution、microstructureandmicrowavepropertieswereinvesti