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摘 要

在科技日新月异的情况下，无线通信技术不断进步，超宽带（UWB）技术也随之快速发展。微波滤波器作为无线通信系统射频前端（RFFE）的重要组成器件，被广泛应用于现代通信、仪表测量、雷达系统中。本文基于阶跃阻抗传输线（SIR）设计了一款超宽带滤波器，并在此基础上利用加载短截线进行非对称耦合产生陷波特性，使滤波器能有效减少X波段卫星通信（7.9-8.3GHz）对系统的干扰，该滤波器的通带为3.8-11.0GHz，陷波频段为7.5-8.0GHz，插入损耗小于0.1dB。

关 键 词：陷波特性，滤波器，HFSS

Abstract ：With the rapid development of science and technology, the wireless communication technology is making progress, and the ultra wideband (UWB) technology is also developing rapidly. As an important component of radio frequency front-end (RFFE) of wireless communication system, microwave filter is widely used in modern communication, instrument measurement and radar system.The thesis designs a new uwb filter based on the step impedance transmission lines (SIR). On this basis, it produces suck potter by asymmetric coupling that carried out by loading stub, so as to reduce the interference of x-band satellite communications (7.9 to 8.3 GHz) on the system effectively. The pass band of the filter is from 3.8 to 11.0 GHz, notch frequency from 7.5 to 8.0 GHz, and insertion loss is less than 0.1 dB.

Key words: uwb, notch characteristic, filter, hfss

目录

1 前言 6

1.1 研究背景及其意义 6

1.2 国内外研究现状 6

1.3 本文的主要工作 7

2 微波滤波器的理论 7

2.1 概论 7

2.2 微波滤波器的基本设计参数 8

3 超宽带滤波器的设计与优化 9

3.1 超宽带滤波器的设计方法 9

3.2 多模谐振器设计与分析 9

3.3 超宽带滤波器仿真与分析 13

4 具有陷波特性的超宽带滤波器设计与分析 14

4.1 陷波特性分析 14

4.2 传输零点分析 15

4.3 具有陷波特性的超宽带滤波器设计与仿真 16

结论 19

参考文献 20

致谢 21

1 前言

1.1 研究背景及其意义

如今，现代无线通信已然成为大家日常生活中必不可少的一部分，人们对通信系统高效、低耗、安全等需要越来越严格。射频器件在无线通信系统中的地位极为重要，甚至可以说射频系统是其核心。就我们最熟悉的智能手机而言，需要基带芯片、射频器件进行数据传输。随着通信技术的不断演进，我们能利用的频谱资源越来越丰富，通信系统需要支持的频段及功能也愈加复杂，射频系统的地位就愈发不可撼动。前阶段，国内某家射频系统公司首席技术官发言：“在4G时代，手机需要支持的频段很多，射频器件设计制作的重要性及价位也随之水涨船高。在未来的5G时代，射频器件的研究价值将更加凸显。”从物理构成上来说，一个完整的射频芯片模块主要由滤波器（Filter）、低噪声放大器（Low Noise Amplifier）、同向双工器（Duplexer）、功放（Intermediate Frequency Amplifier）、射频开关（Switch）等几种电路芯片元器件构成。其中滤波器是对电磁波信号进行过滤的一种选频装置，用以选择频谱范围内的微波信号，滤除无用信号及噪声信号，主要目的是为了解决不同频段、不同形式的无线通讯系统之间的干扰问题，保障通信设备正常工作，实现通信高质量以及频谱资源的有效利用，在无线通信系统中发挥着十分重要的作用。超宽带滤波器的产生可以追溯到20世纪中后期，由于当时技术方面和工业制造方面的不成熟，导致其发展和应用存在很大的局限性，直到20世纪90年代，超宽带滤波器才得以重视和研究，被广泛应用于军事和通信领域。

现代信息社会的高速发展，要求通信技术传播信息的电磁波媒体向着更高频段拓展，超宽带滤波器为我们提供了一个有效解决频谱容量问题的途径，通信系统能达到最小化的干扰甚至是无干扰。如今广泛使用的滤波器显然有着极其广泛的探索和提升空间，人们对于超宽带滤波器的设计优化具有重大研究意义和价值。

1.2 国内外研究现状

2019年3月末，上海市副市长吴清参加“全球双千兆第一区”开通仪式，在全国人民的关注中拨通了首个5G手机通话，自此，我们进入了1KMB以上宽带的全新领域，这意味着下载一部电影仅需几秒的时间，同时，上海市在19年年内将建成超过1万个5G基站，对智慧医疗、教育、无人机等领域进行探索创新。回顾最早的1G语言时代、2G 文本时代，进入到3G 图像时代。在13年年末，工信部（MIIT）向全国人民宣布对我国三大通信巨头移动、电信和联通公司颁布4G通信系统经营许可证，自此，智能手机进入了高速发展的领域，功能及应用也越来越丰富。再到16 年 6月，美国联邦通讯委员会（FCC）在其官网上首次公布了确立5G移动技术频谱的行动方案，没过多久又宣布对于5G技术的研究将开放约11GHz的频段。

由此可以预见未来新一代的通信标准要求微波滤波器向超宽带、多种通信制度并存的方向发展。超宽带技术具有传输速度快、系统安全性高、较强的抗干扰能力以及利于硬件实现等优点，受到了国内外众多学者的广泛关注，目前发展市场较大、前景较为广阔。超宽带技术规定的频谱范围为3.1-10.6GHz，覆盖了5.8GHz的无线局域网频段，8.0GHz的X波段卫星通信频段等，因此设计优化具有陷波特效的滤波器来有效减少其他通信频段的干扰，实现多种通信系统兼容的问题尤为重要。国内对滤波器频段兼容方面的研究工作一直处于高度重视状态，然而，相较与欧美日等国的研究成果，我国还存在着很大的进步空间。对于用于移动通信系统中的超宽带滤波器，其设计难点主要表现为以下几点：1、需要足够大的相对带宽，因而对于一些窄带滤波器所涉及的设计方法明显不适用。2、带通内波纹要求平坦，群时延特性较平缓，主要是在陷波特性曲线和截止频率附近。3、要求设计结构紧密，体积小。

1.3 本文的主要工作

深入浅出的了解到超宽带滤波器的基本知识和设计方法，设计了具有陷波特性器的物理结构并进行建模以及仿真测试，并对设计的物理参数进行分析和讨论。

（1）从各个方面获取了超宽带滤波器的设计背景及意义，客观的说明了国内外现状以及目前滤波器市场的趋势和关注热度。

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