新型微波平面滤波器及人工表面等离激元柔性均衡滤波器的研究

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随着无线电子技术的发展,各种新型的通信标准相继推出,要求电子设备具备各种各样的新功能,比如可抑制某单一频点、工作在多个频段、能够抵抗宽频干扰、体积小型化等,这些新需求对微波滤波器的综合提出了新的要求,甚至需要滤波器同时具备上述的功能。因此,对多频段、宽频带、带陷波和宽阻带的新型微波平面滤波器进行研究具有重要的实际意义。另一方面,现有宽带无线设备上,由电磁空间传播、微波器件频响引起的幅频响应起伏容易导致接收信号波形的畸变,降低电子设备解调后数字信号的质量。这种宽带幅频差异在数字域中补偿需要消耗大量的资源,而传统的微波均衡器在阻带上又具有周期连续的寄生频带,影响微波前端滤波器的阻带抑制力,因此需要研究一种能够在通带和阻带分别实现幅度均衡和干扰滤波的新型微波器件。本文以现代无线通信设备对滤波器的新要求为背景,将理论研究与以上两部分实际的需求相结合,对基于多谐振器结构的带陷波宽上阻带宽带小型化滤波器及其阻带拓展方法、高选择性多频带滤波器及基于人工表面等离激元(SSPPs)的柔性幅度均衡滤波器进行了研究,具体工作如下:1.针对现有陷波宽带滤波器功能较为单一、上阻带抑制范围较低问题,基于多谐振器耦合结构,提出一种新型三陷波宽上阻带小型化宽带滤波器。利用各谐振器的谐振频率和传输零点,实现了滤波器的可控宽带和带内陷波频率。通过设置带外零点位置到谐振器的高阶谐振频率,有效的增加了宽带滤波器的上阻带抑制范围,使滤波器同时具备带内可调三陷波频率、宽上阻带、可调宽频带和小型化的工作特性,同一个器件上实现了多种滤波功能。此外,为进一步拓展所提出滤波器的上阻带抑制范围,提出一种基于凹槽线的新型谐振结构,槽线的加载在不影响滤波器陷波位置、工作频带的条件下有效的将滤波器上阻带抑制范围从29GHz拓宽到了 32GHz。2.在不大幅改变上面提出的三陷波宽上阻带小型化宽带滤波器耦合结构的前提下,提出一种基于多谐振器结构和零度馈线的新型高选择性微波三频带滤波器。仅通过不同方向上源、负载与谐振器的耦合即可改变器件的滤波特性,简化了多陷波宽带滤波器和多频带滤波器之间的设计过程,滤波器的三个频带位置与频带宽度可独立调节,频带之间具有陡峭的阻带间隔。3.针对传统微波均衡器存在的连续寄生频带问题,将微波滤波器与微波均衡器两种器件的功能相结合,首次提出基于人工表面等离激元的新型柔性微波均衡滤波器,一次器件综合可同时实现带内均衡和带外滤波两个功能。通过在柔性PET材料上溅射ITO薄膜,提出一种单导体中心金属条溅射ITO薄膜的周期槽线SSPPs单元,并利用该单元提出了一种均衡量可调的柔性SSPPs均衡低通滤波器。滤波器在传输通带内实现了负斜率的均衡特性,并克服了传统微波均衡器存在的周期寄生频带,可对宽带电子系统通带内的幅度差异与带外干扰同时进行补偿和抑制。此外,为了进一步降低柔性SSPPs均衡滤波器的带内反射系数,提出一种单导体矩形波纹金属条溅射ITO薄膜的柔性周期槽线SSPPs单元,并用该单元综合了一种单线导体SSPPs柔性均衡滤波器。实测结果表明,由于ITO薄膜溅射到了矩形波纹条位置,可使TEM传输线和SSPPs单元实现更良好的匹配,通带内的平均反射系数从-10dB提高到-13dB。4.针对单导体SSPPs均衡滤波器低频电磁场局域性较差问题,提出一种基于微带结构的双导体波纹金属条加载电阻的SSPPs单元,并综合了一款基于双导体结构的波纹金属条加载电阻的周期枝节SSPPs均衡滤波器。相比单导体的SSPPs均衡滤波器,提出的双导体均衡滤波结构在低频段具有更强的表面电磁场局域性,有效增加了均衡滤波器的低频工作带宽,并减小了 SSPPs均衡滤波器的电路占用面积。
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