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摘要随着模块结构单元 MBB(Modular Building Block, MBB)和单片微波集成电路MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits, MMIC)的迅速发展，低成本、小型化、高度集成已经成为现代无线通信系统设计中非常重要的考虑因素。巴伦滤波器作为一种新型多功能无源微波器件因此受到越来越多的关注。 本文提出了一种新型双模巴伦带通滤波器的设计方法。文中首先对终端开路传输线的场分布特性进行研究，然后详细地分析了 E 型多模谐振器的谐振特性，最后借助 HFSS仿真软件来验证文中提出的设计方法。文中所设计的巴伦带通滤波器的通带中心频率为2.0GHz，相对带宽为 11%，插入损耗小于 3.8dB，端口输出幅度差在 0.35dB 以内，相位差为180±5度。仿真与设计结果同时表明该双模巴伦滤波器不仅结构简单，损耗低，而且能够稳定地实现从非平衡信号到平衡信号的转换。31014
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毕业论文关键词 巴伦带通滤波器 终端开路传输线 E型多模谐振器
Title A New Approach to Design Microstrip Dual-mode Balun Bandpass Filter
Abstract With the rapid development of the MBB(Modular Building Block, MBB) and MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits, MMIC), low cost, miniaturization and highly integrated components are very important design concepts in modern wireless communication system. Balun filter, a multi-function passive microwave component, is attracting more and more attentions. A new approach to design a microstrip dual-mode balun bandpass filter(BPF) is proposed in this paper. Firstly，the electric field distribution of the open-end transmission line is studied in this paper. Then, the resonant properties of the open-stub loaded resonators is illustrated. Finally, the simulator Ansoft HFSS is employed to demonstrate our proposal. Results indicate that the proposed balun BPF operates at the central frequency of 2GHz with a fractional bandwidth of 11%. The in-band insertion loss is less than 3.8dB and the return loss is better than 25dB. Besides, the magnitude difference between two balance ports is less than 0.35dB, and the phase difference is 1805 degree. Both simulated and measured results show that the proposed balun BPF can not only possess the characteristics of simple structure and low loss, but also realize good unbalanced to balanced signal conversion.
Keywords dual-mode balun BPF open-end transmission line open-stub loaded resonators
目录
1引言.1
1.1研究背景及意义1
1.2国内外研究现状2
1.2.1巴伦的研究现状2
1.2.2巴伦滤波器的研究现状3
1.3本论文的主要任务4
2巴伦滤波器基本原理.6
2.1微带线基本原理6
2.2微带谐振器基本理论7
2.3滤波器设计基本理论.10
2.3.1滤波器的主要参数.10
2.3.2低通原型滤波器.12
2.3.3滤波器的常用研究方法.14
2.4巴伦基本理论.15
2.4.1巴伦的技术指标.15
3双模微带巴伦滤波器设计17
3.1设计方法.17
3.1.1传输线上驻波状态的分析.17
3.1.2E型谐振器设计19
3.1.3双模巴伦滤波器的设计.25
3.2加工与仿真测试.26
3.3本项目的后续展望.28
结论.29
致谢.30
参考文献31
1 引言 1.1 研究背景及意义 随着模块结构单元(Modular Building Block, MBB) 和单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC）的发展，低成本、小型化、高度集成已成为现代无线通信系统集成设计中非常重要的考虑因素。为实现这些设计目标，具有多功能集成特性的新型无源微波器件正成为当前国内外的研究热点，其中的一个非常热门的研究课题就是高性能巴伦滤波器的设计。巴伦滤波器是一个独立的微波无源器件，如图 1.1 所示，它在功能上实现了射频电路中滤波器和巴伦的有效结合，也就是说巴伦滤波器兼备了信号的滤波以及功率的等幅反向分配的功能[1]-[7]。 （a）传统射频前端结构 （b）巴伦滤波器简化后的射频前端结构 图1.1 传统射频前端与改进后的射频前端的对比 另一方面，现代无线通信系统宽频带、多功能集成要求的迅速发展要求部分射频收发器需要多频的特性，多频段通信系统是指适应多种通信技术标准，同时满足小型化、轻型化、低成本、高性能等指标要求的无线通信系统。基于此，构成无线通信系统的各元部件、功能模块包括天线在多个技术标准下实现最大限度的集成和共享是研制这种系统的前提和基础。目前，设计多模无源元件的主要方法是利用多模谐振器的多模工作特性来实现设计要求。这种设计方式不仅能够容易实现电路的简单化、小型化设计，而且能够有效地地降低加工和设计成本。 对于基于多模谐振器的多模多功能巴伦滤波器，国内外的研究还处于初始阶段，还有着许多工作亟待解决；到目前为止，国内外学者在利用多模谐振器制作巴伦滤波器时，主要利用的是多模谐振器中奇模电场的等幅反向的特性，这种设计方法极大地限制了多模谐振器在巴伦滤波器的设计上的应用。此外，在利用多模谐振器来设计多模多功能巴伦滤波器时，对多模谐振器耦合机理的分析以及在此基础上的巴伦滤波器全局拓扑的构建，还基本处于感性认识阶段，亟待通过以机理研究为先导上升到理性分析与应用设计阶段。 巴伦带通滤波器 天线 巴伦 带通滤波器 天线