无线通信中微带滤波器的研究与设计论述

2019-10-10 版权声明 举报文章

[摘 要]随着社会的不断发展和科技的日新月异,无线通信也迎来了一个崭新的时代,它已经逐渐渗透到我们每个人生活的点点滴滴。短距离的无线数据业务发展更是迅速,这些短距离的无线数据的广泛应用更是对微带滤波器提出了更高的要求。本文结合笔者的经验,从无线通信中的微带滤波器的设计入手,通过其设计原理和结构,设计了更加符合要求的微带滤波器。

[关键词]无线通信;微带滤波器;多通带滤波器;超宽带滤波器;研究设计

中图分类号:TN713 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)02-0216-01

随着科技的发展和人们生活的要求,通信行业越来越热门。不得不承认,通信行业的不断发展改变了信息的传递方式,也进一步改变了人们的生活方式并且不断促进着经济的发展。无线通信源于电磁波,近年来,短距离通信更是得到了急速的发展。微带滤波器主要解决的就是短距离通信,通常是在几十米以内的问题。滤波器的“滤干扰、减噪声”的功能十分重要,本文则就其展开具体讨论。

1 微带滤波器的定义

在电路上看,滤波器可以被视为一个二端口网络。其工作特性参数是插入损耗,定义为输出端口接匹配负载时,输入功率与负载吸收功率之比。滤波器主要是根据滤波器的插入损耗的频率响应特性的不同来进行区别,分为低通、高通、带通和带阻滤波器这四种。

2 开口谐振环的研究

2.1 开口谐振环的介绍

开口谐振环就是在微带上表面制作的一种谐振结构,其已经被广泛应用于制造左手材料和微带滤波器的设计之中。其结构主要包括微带开口谐振环和地面缺陷开口谐振环两部分组成。其中微带开口谐振环又可以等效成半波长谐振波,半波长谐振的频率是和总长度成反比的。而地面缺陷开口谐振环与之相比,它的谐振频率就更高一些而且谐振频率随着缝隙增大变得也更加快一点。

2.2 开口谐振环的耦合特性分析

开口谐振环的耦合分为腔间耦合谐振和开口环腔间耦合两种,腔间耦合谐振和开口环腔间耦合都可以分成电场耦合、磁场耦合和混合耦合三种。本文主要介绍口环腔间耦合,其实根据谐振环旋向的不同,被分成电场耦合、磁场耦合和混合耦合这三种的。根据有关数据显示,在相同的环间距下,缺陷开口环的磁耦合大于电耦合。而且当耦合方式相同的情况下,缺陷开口谐振环耦合都大于微带开口谐振环。

下表则对微带环耦合和地面缺陷环耦合的不同性质进行比较:

根据以上两表的比较,可以得出两种不同耦合方式的耦合强度的大小关系,其中,在微带谐振环中,耦合强度大小为:侧面反向 > 对边 > 开口 > 侧面同向;而在地面缺陷谐振环中,耦合强度大小为:对边 > 侧面反向 > 开口 > 侧面同向。

由上表可知,当微带环与地面缺陷环侧边同向耦合的时候的耦合程度最好,当微带环与地面缺陷环对边耦合的时候就次之了,但是这两种都可以应用于滤波器的设计之中。但是当微带环与地面缺陷环开口边或者是侧边反向的时候耦合程度就很小了,不能被应用于滤波器的设计。

3 宽带带通滤波器的结构设计和综合设计

3.1 超宽带带通滤波器的结构设计

现今的无线通信行业中,滤波器需要具有尺寸小、性能好和稳定性高等特点,超宽带带通滤波器正好具备带宽和频率双高的特点,但是对于其设计上的要求就更高了。而在超宽带滤波器的设计之中,对高频谐振波抑制的研究很重要。抑制高频谐振波主要由两种方法,一是将地面开口谐振环和高低阻抗线相结合,可以拓展阻带的带宽,从而就可以得到宽带低通滤波器了;第二种方法是设计高频带阻滤波器,设计的主要结构是利用波长传输线和一个单位波长传输线来实现带阻特性。

3.2 超宽带带通滤波器的综合设计

超宽带最早用于军事,在20 dB处的绝对带宽大于 1.5 GHz或相对带宽大于25%的可以称之为超宽带信号。应用超宽带信号来实现通信主要具有以下几点优势:超宽带信号传输的速度高、硬件实现的过程较容易、室内多径分辨能力较强、抗干扰的能力强、消耗的功率也低。所以其成为了室内的条件下解决高速大容量局域网的最好的解决方式。当今的宽带带通滤波器分为平行耦合线滤波器,梳状线滤波器,开路或者短路枝节滤波器和交指型滤波器这几种,但是它们已经渐渐的不能满足现在人们对于带宽的需求。所以针对此种情况,可以通过设计如“并联四分之一波长短路枝节结构”、“三线平行耦合线结构”、“多模谐振平行耦合线结构”、“高低通滤波器组合结构”、“DGS 结构”这些结构来提高带宽。最终结合这些结构形成“基于Z变换”的优化综合方法来设计滤波器,这个方法不仅优化了滤波器的设计过程,使滤波器的设计更加符合实际,也更加符合理想的频选特征。

参考文献

[1] 徐利,廖惜春,陈婷婷等.基于阶跃阻抗谐振器的耦合微带带通滤波器设计[J].五邑大学学报:自然科学版,2011,(3):65-69.

[2] 夏祖学,夏文海,朱科详等.采用双开口方谐振环对的紧凑微带双频带通滤波器[J].磁性材料及器件,2014,45(5):39-41,71.

[3] 潘武,李国新,李亭亭等.基于CRLH TL结构的带通滤波器设计与研究[J].压电与声光,2013,35(6):893-895,898.

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