一体成型介质波导滤波电路的研究与设计

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随着无线通信技术的快速发展,移动通信系统也在不断地更新换代。作为移动通信系统基站射频前端的重要组成部分之一,微波滤波电路也在持续发展与更新。第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System:5G)基站对微波滤波电路在小型化、轻量化、低损耗、易调谐等方面提出了更高的要求。表面镀银的一体成型介质波导滤波电路具有小型化、轻量化、低损耗等优点,成为目前国内5G基站的主流选择。然而,其后期调试只能通过打磨表面镀银层实现,这种方法不但调试困难而且不可逆,大大降低产能,同时会增加滤波器的辐射损耗。因此,提出简便而有效的调谐方法具有重要的意义。此外,由于5G系统滤波电路用量极大,进一步减小滤波电路尺寸也十分必要。本论文主要在易调谐和小型化两个方面进行了一体成型介质波导滤波电路的研究与设计。论文的主要研究内容包括以下几个方面:1、提出了便于调谐的环形镂空式一体成型介质波导滤波器为了解决现有一体成型介质波导滤波器不易调谐且调谐不可逆的问题,本文提出了环形镂空式一体成型介质波导滤波器的设计方案。现有一体成型介质波导滤波器虽然独立成块,但实际使用时必须焊接在印刷电路板(Printed Circuit Board:PCB)上。本设计充分利用PCB电路板,使其成为环形镂空式一体成型介质波导滤波器的金属盖子,并在PCB上安装可伸入镂空结构的调谐螺钉进行后期调谐。由于调谐螺钉的使用,所设计滤波器的调谐变得有效、简单且可逆。此外,PCB上还可以集成其他功能电路来改善整体的滤波性能。本设计集成了用来引入传输零点的电容耦合结构和抑制谐波的低通滤波结构,改善了滤波器的频率选择和谐波抑制性能。2、提出了圆柱形镂空式一体成型介质波导滤波电路上述环形镂空式结构有效地解决了调谐问题,却由于镂空部分太大而使得其在尺寸上失去了优势。本文接着提出了一种圆柱形镂空式一体成型介质波导谐振器,即在实心介质波导结构的中心处雕刻出了用于调谐的圆柱形非金属化盲孔。由于镂空部分相对很小,使得本设计在保证调谐功能的同时实现了电路的小型化。与第一个设计相比,整体尺寸减少约60%。此外,我们还在作为盖子的PCB电路上集成了威尔金森功分器设计出一款滤波功分电路,并未增加电路尺寸。3、提出了双模介质波导滤波电路双模谐振器的应用也是滤波电路小型化的一种常见方法。本文对正方形介质波导谐振器的模式进行了分析,利用其中一对简并高次模(TM210模和TM120模)构成了双模介质波导谐振器,并进行了滤波电路设计。虽然高次模的使用会导致尺寸增大,但是利用双模谐振器设计滤波电路可以将谐振器数量减半,使得整体尺寸还是会减小。与第二个设计相比,本设计整体尺寸降低20%左右。此外,研究发现增大矩形介质波导谐振器的长宽差,可以拉开上述两个模式的频率。基于此,我们还设计了一种高隔离、低损耗的介质波导双工器,两个模式分别形成两个通道。总之,本论文将PCB技术和介质波导技术相结合,在介质波导结构上实现主体滤波功能,在PCB上实现诸多辅助功能,从小型化、易调谐等方面进行了一体成型介质波导滤波电路的研究与设计。
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