随着5G通信互联网时代日新月异的高速发展,滤波器在电子信息通信系统中,扮演着越来越重要的角色。如何设计一款高性能、低成本、多功能、易于集成的带通滤波器一直是学术研究的热点问题。本文紧紧围绕滤波器小型化、多频段、超宽带、抗干扰、宽阻带的发展趋势,基于微带-槽线垂直过渡结构,设计了六款具有不同滤波特性的带通滤波器。主要研究内容如下:1.针对滤波器小型化设计和多频段通信干扰问题,提出了一种基于多层耦合结构三通带带通滤波器。利用多层介质板的结构优势,极大地缩小了电路设计尺寸,提高了滤波器的空间利用率。利用组成高通带的半波长开环谐振器的空间交叉耦合,在通带两侧引入两个有限频率传输零点,以提高滤波器选择性。同时,利用组成低通带的四分之一波长短路谐振器的交叉排列,形成零度馈电混合耦合结构,生成另外两个传输零点。不但有效提高了通带隔离度,而且使得通带截止裙边更加陡峭。采用枝节加载阶梯阻抗谐振器组成了中间通带,通过调整阻抗比,实现了中心频率独立可调,具有较高的设计灵活性和自由度。2.针对滤波器带外信号干扰和截止裙边不陡峭问题,提出了一种具有谐波抑制特性的宽带带通滤波器。利用两个微带-槽线-微带垂直过渡级联结构,实现了一个带内六极点的宽带带通滤波器。在不增加电路尺寸的情况下,通过调节四分之一波长“L”形槽线段开路枝节的电长度θ1,结合馈线蚀刻马刺线技术,滤波器的上阻带带宽可以拓宽到3.86f0,带外谐波抑制水平提高到-20.63 d B。大大地改善了滤波器的带外抑制水平,使得滤波器的带外抗干扰能力得到大幅地提升。另外,通过位于滤波器顶层的交指耦合电容,成功地在通带两侧引入了两个传输零点,有效地提高了截止裙边斜率,使得滤波器具有更好的选择性。为了进一步研究微带-槽线-微带垂直过渡结构的宽带滤波特性,将“L”形四分之一波长槽线谐振器替换为“U”形二分之一波长槽线谐振器。通过底层微带连接线,组成一个新的宽带带通滤波器。根据奇偶模等效电路,求出了六个带内极点的分布位置。基于滤波器传输线网络模型,进行综合设计,根据滤波器指定的设计指标,可以快速求出不同传输线段的特征阻抗,进而快速确定物理模型初始设计尺寸。3.针对宽带滤波器带内信号干扰问题,提出了一种具有带内窄带陷波特性的宽带Chebyshev响应带通滤波器。利用四组对称的微带-槽线垂直过渡强耦合结构,构建了一个宽带带通滤波器。采用基于传输线网络的综合设计方法,根据指定的相对带宽FBW和带内等纹波因子,计算得到物理模型设计参数的初始值,通过微调优化,确定模型最终加工尺寸,从而实现宽带Chebyshev等纹波响应。通过在CPW共面波导连接线的中间位置,嵌入一个弯折的半波长槽线谐振器,在滤波通带中间引入了一个中心频率可调的窄带陷波,可以有效抑制滤波通带内的干扰信号,从而使得滤波器具有更强的带内信号抗干扰能力。本结构充分利用混合传输线结构优势,实现了信号从顶层到底层的无过孔化垂直过渡,有效增加了滤波器设计的自由度和灵活性。与传统采用金属过孔连接层间信号的方法相比,不仅简化了加工工艺,节约了加工成本,而且有效地减少了层间过孔引起的各种寄生耦合谐振效应,降低了信号传输的各种损耗。4.针对滤波器频率选择特性不佳和上阻带谐波抑制问题,提出了一种具有高选择性、宽阻带特性的Chebyshev响应带通滤波器。通过顶层微带枝节线的源负载耦合效应,在通带两侧引入有限频率传输零点,有效地提高了滤波器的带外频率选择特性,使得滤波器的截止裙边更加陡峭。利用共面波导CPW连接线易于集成的结构优势,在不增加电路尺寸的情况下,嵌入两组不同中心频率的低通滤波器。充分利用低通滤波器的频率截止特性,在带通滤波器上阻带引入两个额外的有限频率传输零点,不仅有效地抑制了带外寄生谐波,还进一步扩展了滤波器的上阻带带宽。同时,为了保证带内Chebyshev等纹波响应不受影响,基于低通滤波器等效电路,进行综合设计,使其保持和原滤波通带相同的Chebyshev等纹波响应。5.针对平衡滤波器共模信号抑制水平低、上阻带抑制性能差问题,提出了一种具有高共模抑制特性的宽阻带Chebyshev响应平衡滤波器。利用槽线谐振器固有的共模抑制特性,实现了全频段共模信号抑制,简化了平衡滤波电路设计。利用微带-槽线垂直过渡结构,采用综合设计方法,实现了带内四个传输极点的Chebyshev等纹波响应。为了进一步提高平衡滤波器的谐波抑制特性,扩展上阻带带宽,在微带馈线的下方的地平面上蚀刻了两组缺陷地结构,构成了一个低通滤波器。利用低通滤波器的频率截止特性,在差模通带的上阻带成功引入一个有限频率传输零点,有效地提高了滤波器的带外寄生谐波的抑制水平。