基于超材料结构的小型化可调滤波器

为了提高频谱资源的利用率,解决传统滤波器组体积大的问题,利用开口环结构的超材料具有高集成度的特性,设计了一款整体尺寸仅为15mm×20mm的滤波器.基于时域有限积分法分析了开口环结构滤波器的反射系数曲线与电磁参数之间的响应特性,通过在开口环缝隙处加载可调谐的二极管器件,实现了超材料滤波器在X波段(10.9~12GHz)的连续可调,扩展了滤波器的工作频带.该可调谐超材料滤波器的工作带宽达11.0%,通带内回波损耗最小值为32dB,插入损耗最大值为0.38dB,具有高集成度、宽频带、通带内选频特性良好的特点.     

一种高选择性可调带通与带阻可切换滤波器

设计了一种高选择性可调带通与带阻可切换微带滤波器。在微带谐振器及枝节末端加载变容二极管实现中心频率的可调;在输入与输出端口馈线之间,利用PIN二极管实现滤波器阻带和通带特性的切换。采用奇偶模的方法对滤波器结构进行分析,通过对奇偶模频率的调节实现了频率调节过程中的恒定绝对带宽。同时,在输入与输出馈线间引入源与负载耦合,使得频带两侧各有一个传输零点,且传输零点在整个频率调谐范围内相对位置几乎不变。因此,在整个频率调节范围内,滤波器实现了高选择性及良好的带外抑制能力。最终设计出的可调带阻滤波器的频率调谐范围为5.58～5.89 GHz,绝对带宽80 MHz±5 MHz,阻带衰减优于14 dB;可调带通滤波器的频率调谐范围为5.42～5.79 GHz,绝对带宽120 MHz±5 MHz,插入损耗1.69～2.25 dB,回波损耗优于13 dB。同时,该滤波器具有0.28λ_g×0.62λ_g（λ_g是可调频率范围中心频率的波长）的紧凑结构尺寸。实验和仿真结果一致性较好。     

VHF波段变容管调谐式超导陷波器

设计制作了一款VHF波段变容管调谐式超导陷波器,该陷波器采用一种结构紧凑的电容加载的矩形回路谐振器,谐振器与主线之间的耦合形式为混合耦合。通过调节加载在谐振器上变容二极管的反偏电压,实现带阻滤波器中心频率可调。测试表明,陷波器中心频率可调范围为251~360MHz,陷波器中心频点抑制40dB,3dB带宽9dB,插入损耗0.5dB。     

S波段高温超导滤波器的研制

本文采用全波电磁仿真分析方法,在YBCO/LAO/YBCO双面超导薄膜(介电常数为23.5)上设计并研制了具有内部耦合的8级高温超导(HTSC)小型化多曲折滤波器,在77K时基本未经调谐测得其中心频率为3.6GHz,带宽为200MHz,通带内插入损耗<0.2dB,回波损耗优于-20dB,带外抑制优于50dB.本文研制的S波段高温超导滤波器在移动通讯和卫星通讯领域具有广泛的应用前景,测试结果表明,滤波器具有较为优异的性能.     

基于一维金属开口谐振环的可调带通滤波器

利用等效LC谐振电路,分析了开口环的谐振频率与等效电路电参数之间的关系.区别于传统微带传输线及附属开口环结构,本文设计了两种以开口环作为传输媒介的结构.对两种结构仿真和实验测试,实现了带宽分别为300MHz和200MHz的带通滤波器的设计,并在开口谐振环外环一侧加载变容二极管及偏置电路实现通带频率的连续可调.从表面电流密度分别分析了两种结构的传输特性,在通带内,方环的传输系数比圆环高3dB,其中结构之间的等效间距是影响传输效率的一个重要因素.     

窄带大功率高温超导滤波器的研制

本文中,我们介绍一个中心频率大约为2.015GHz,相对带宽小于0.35%,通带内回波损耗大于20dB,带外零点高度大约为-45dB,通带内插损小于0.2dB的窄带四阶双模片型高温超导滤波器.我们对该滤波器在不同输入功率下的传输特性曲线进行了测试,测试结果表明,在输入微波信号功率值为11.7W的情况下,该器件的传输特性曲线没有发生显著退化.     

铁电薄膜可调带通滤波器

铁电薄膜的介电常数随外加电场强度的增加而减小.依据铁电薄膜的这一特性,提出了一种新颖的基于共面传输线结构的铁电薄膜可调带通滤波器.为了减小传输损耗,滤波器的导体部分由超导薄膜构成.滤波器的输入输出采用抽头线的方式分别与谐振器相接,外加电压通过输入输出端口直接施加到共面谐振器缝隙处的铁电薄膜上,用以改变铁电薄膜的介电常数,从而改变谐振器的谐振频率,实现带通滤波器通带频率的移动.这种新型可调带通滤波器具有结构紧凑、尺寸小及施加外加偏压容易等优点.仿真结果表明:铁电薄膜的介电常数在外加偏压下从250减小到150时,带通滤波器的传输特性曲线的形状基本保持不变,通带的中心频率从10.283GHz增加到10.518GHz,其3dB带宽保持在0.150GHz左右,反射损耗始终小于-17dB.     

CDMA基站用14阶高温超导滤波器

研制了用于CDMA移动通信基站接收机前端的14阶高温超导带通滤波器。该滤波器的设计带宽为10.9 MHz,中心频率为830MHz;仿真得到的回波损耗约为28 dB,带内波动小于0.008 dB,带外抑制大于90 dB;该滤波器由MgO衬底上的双面DyBa2Cu3O7超导薄膜加工而成。该滤波器在无后期调谐的情况下,72K温度的实测带宽为10.9MHz,回波损耗好于20dB,插入损耗0.001 dB,边带陡峭度高达80dB/16.3MHz,实测的中心频率等指标也与仿真设计结果吻合很好,各项指标均满足应用要求。     

具有二次谐波抑制的小型高温超导滤波器设计

采用全波电磁仿真分析方法,设计制作了8阶高温超导带通滤波器。通过在半波长发夹型谐振器的基础上引入分形及插指结构,使得滤波器整体体积较小,同时可有效解决滤波器二倍频处寄生通带问题。最终滤波器的版图大小为22mm×11mm,达到了滤波器小型化的目的。在77K温度下,测得未经调谐的滤波器中心频率为2451.6MHz,通带宽度为108MHz,通带内插入损耗小于0.28dB,回波损耗优于11.74dB,带外抑制大于45dB,二次谐波寄生通带被抑制到三倍频之外。     

基于一维耦合腔光子晶体的声光可调谐平顶滤波器的研究

本文利用一维耦合腔光子晶体,提出了一种声光可调谐平顶滤波器.该滤波器利用声光效应,通过改变超声波频率使一维耦合腔光子晶体透射谱的平顶滤波器的中心波长产生漂移,从而实现可调谐的滤波功能.基于传输矩阵法和声光效应理论,建立了这种平顶滤波器的理论模型;利用COMSOL软件,对平顶滤波器的矩形度、通带带宽、插入损耗、可调谐特性、加工精度进行仿真研究.研究结果表明,通过施加频率为6-11 MHz的超声波,可实现通带带宽为5-6 nm及中心波长在1514-1562 nm范围内可调谐的平顶滤波器;在可调谐范围内通带带宽内插入损耗不超过2.23 dB,最低仅为0.78 dB,矩形度最低可达1.4;加工误差在±10 nm内平顶滤波器的中心波长、矩形度、插入损耗、通带带宽出现的偏差很小.该平顶滤波器具有易于设计和集成、通带平坦、可调谐范围宽、通带带宽稳定、插入损耗低、品质因素高的特点,在光开关、可调谐光纤激光器、光纤传感等光通信领域有重要应用.     

带抽头的微带交指滤波器初始设计流程

带抽头的微带交指滤波器初始设计方法繁多,但设计不够全面、简洁,同时精度不高,因此给出了一套详细、简洁的初始设计流程。设计步骤为:指标“规范化”,确定低通原型滤波器,求解滤波器阶数,求解归一化电导值,设计抽头的线长和线宽,设计谐振器的线宽,设计非输入输出谐振器的线长,设计相邻谐振器间距,设计输入输出谐振器的线长和抽头的位置,交指滤波器整体建模仿真。最后以Ka波段滤波器为案例进行初始设计,初始设计结果显示中心频率在30.19 GHz附近,通带比29.40~31.00 GHz略大,通带内最大插入损耗为4.22 dB,最小回波损耗为9.32 dB,27.00 GHz和33.40 GHz的带外抑制大于30.00 dB,已经基本满足设计指标,后续只需要稍加优化就能完全满足设计指标,验证了此套设计流程的可行性及其较高的精度。     

太赫兹mesh带通滤波器的设计与仿真

基于太赫兹波的大气吸收窗口,设计了一款四级级联的太赫兹mesh带通滤波器。此滤波器的中心频率为0.25 THz,在3 dB处带宽为0.1 THz,在通带内的插入损耗为1.5 dB,纹波系数小于0.5 dB,在室温下通带内的透过率能达80%以上,且此滤波器的中心工作频率和带宽可以通过缩放mesh槽孔的尺寸来调节。利用电磁仿真软件HFSS,结合周期边界条件及理想匹配层吸收边界条件模拟了太赫兹mesh带通滤波器的mesh排列方式、介质衬底及不同入射角度的入射波、不同极化方式等因素对滤波器透过率、插入损耗的影响。     

具有宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器

本文提出了一种新颖的L型阶跃阻抗谐振器,该谐振器具有结构紧凑、抑制二次谐波能力强及易于实现电耦合及磁耦合等特点。使用该谐振器设计并制作了一款具有小型化、高选择性及宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器。测试结果表明,在70 K温度下滤波器的中心频率为1 601 MHz,3 dB带宽为24 MHz,带内回波损耗<14.87 dB,带内最大插入损耗约为0.22 dB,60%带宽范围内群时延起伏<3.13 ns,通带两侧具有一对深度的传输零点,实现了1 632~5 511 MHz范围内衰减>60 dB的宽平坦阻带。     

高温超导滤波器的低温调谐技术

本文给出了高温超导滤波器的一种低温机械调谐方法,通过调谐滤波器的电场来达到优化性能的目的.此方法可以很好的改善滤波器的性能和提高产品的合格率,使基片厚度的不均匀性以及介电常数的误差对高温超导滤波器性能的影响降到最低,从而最大程度地使测试结果和计算机仿真结果相一致.文中以一个4节的高温超导微带滤波器为例,叙述了该方法的实现过程.其带宽为15MHz,中心频率为2.868GHz,带内插损为-0.04dB,反射损耗为-21dB.文中给出了带外抑制,带内特性等的调谐结果.制备完成的超导滤波器在调谐前的性能较设计结果有较大的偏差.主要表现在带内插入损耗、反射损耗特性和带外抑制的偏差.通过调谐,带内特性和带外抑制有明显的改善.带内插入损耗由调谐前的-0.44dB改善到-0.21dB;反射损耗由调谐前低端带边的-8.2dB改善到-14.27dB,但在高频端没有改善;带外抑制由实测的-28dB最大可以改善为-47dB.理论预测该调谐方法会使通带中心频率向低频端移动,我们也观察到了该现象,中心频率向低频端最大偏移了大约3.1MHz.综合各项参数,调谐后,整体性能更接近设计结果.     

基于缺陷地结构的微带低通滤波器设计

提出了一种具有宽带带外抑制的小型化微带低通滤波器。该滤波器由缺陷地结构和两阶阶跃阻抗单元结构构成。利用ANSYS HFSS建立三维全波电磁模型并仿真优化,仿真结果表明:该低通滤波器的截止频率为1.4 GHz,通带宽度为0~1.4 GHz,通带内的插入损耗小于0.5 dB,带外抑制频率范围为2.1~11 GHz,在阻带范围内的带外抑制能力接近20 dB。为验证仿真和测试结果,加工并测试了经全波电磁优化后的缺陷地结构微带低通滤波器。测试结果和仿真结果吻合得较好,证明了所提出的缺陷地结构在实现滤波器小型化和宽阻抗带宽上有着重要的作用,能够使该滤波器具有较好的低通滤波特性。     

基于EMSIW的互补裂缝环多频带谐振天线设计

文中设计了一个谐振频率在17.1GHz、27.6GHz和30GHz的多频带天线.该天线加载在八分之一基片集成波导(EMSIW)上,在EMSIW进行金属银过孔并在表面金属薄片上蚀刻一个互补裂缝环.天线尺寸占传统基片集成波导(SIW)的12.5%.利用HFSS软件进行仿真,获得了它的回波损耗、驻波比及三维增益图等参数.在谐振频率为17.1GHz时,回波损耗小于-10dB的相对带宽达到了1.9%,增益最高达到了4.4dB;在谐振频率为27.6GHz处和30GHz处,回波损耗小于-10dB的两个有效频带出现了无缝衔接,使得总相对带宽达到了15.2%,最大增益可达7.68dB.     

Tl2Ba2CaCu2O8薄膜高温超导滤波器研制

开发了一种基于模型的高温超导滤波器仿真设计方法和一种紧凑的组群式G型谐振器结构,研制出了用于WCDMA系统上的带宽为20MHz中心频率为1950MHz的8阶高温超导滤波器.该滤波器由Tl2Ba2CaCu2O8薄膜制作而成,制作在LaAlO_3衬底上,尺寸大小仅为26mm×18mm.实测结果显示滤波器的最小插入损耗为0.25dB,带外抑制大于70dB,回波损耗好于-16dB,实测的滤波器带宽、中心频率以及边带陡峭度也与仿真设计结果吻合很好,验证了设计方法和制作工艺的准确性.     

VHF波段超窄带超导滤波器的设计及其时域调谐

低频超窄带滤波器要求谐振器间的耦合极弱,设计受到薄膜面积限制,其性能对基片介电常数的均匀性极为敏感且受制作和封装精度的限制.这些因素将导致的滤波器中心频率偏移和带内性能恶化.对此,时域调谐提供了很好的解决途径.我们采用嵌套双螺旋型谐振器,在37mm×12mm的MgO基片上设计制作了4节超导滤波器,中心频率为166.9 MHz,相对带宽仅为0.29%.由于基片厚度或介电常数的偏差及不均匀性会导致滤波器中各谐振的谐振频率偏移,使通带性能受到很大影响.我们提出了将机械调谐与时域分析相结合的方法,通过机械调谐纠正各谐振器的谐振频率,改善滤波器性能.同时为了解决多信道滤波器系统中,各滤波器工作于同一温度下,系统频率一致性问题,通过时域调谐获得频率可调范围信息.对上述0.5 MHz带宽的VHF波段滤波器应用时域调谐方法,得到的可调范围为0.7 MHz,测试结果表明该滤波器具有优异性能,带内插损小于0.4 dB,反射损耗达到14.8 dB,带外抑制大于-70 dB.     

TD-SCDMA基站用16阶高温超导窄带滤波器

设计并制作了用于TD-SCDMA移动通信基站接收机前端的16阶高温超导窄带带通滤波器。该滤波器的中心频率为2017.5MHz,相对带宽为0.297%,由MgO衬底上的双面DyBa2Cu3O7超导薄膜加工而成。该滤波器77K温度下的实测带宽为5.83MHz,回波损耗好于15dB,边带陡峭度高达80dB/MHz;实测的中心频率等指标与仿真设计结果吻合很好。     

一种高选择性的可调0.83~2.15 GHz带通滤波器

设计了一种宽频率调节范围的高选择性可调带通滤波器。宽调节范围由一对简单的加载变容管的平行耦合线谐振器设计实现。由于谐振器之间存在电磁混合耦合以及通过加载变容管引入的源与负载频变耦合,该滤波器最终引入了三个自适应性传输零点。而且,三个传输零点在整个调节范围内能够保持相同的相对位置,因此,设计的滤波器实现了在整个宽频率调节范围内的高选择性和良好的带外抑制。同时,在中心频率调节的过程中,通过选择合适的耦合系数,该滤波器可以实现恒定的相对带宽。最终设计出的可调滤波器的调节范围为0.83~2.15 GHz, 可调范围可达88.6%,并保持9%±0.3%的相对带宽不变。测试结果表明该滤波器具备了高选择性和良好的带外抑制能力。