摘 要

随着4G网络的快速发展，通讯中所需的频谱资源日益变得紧缺，因而我们需要进行分析与研究，能够找到一些提高频谱资源使用效率的方法，从而能够有效地缓解频谱资源短缺这种现状。自从2002年美国联邦通讯委员会颁布了将3.1GHz-10.6GHz这一频带作为超宽带通信所用的举措后，全世界学术领域和制造工业领域掀起了对超宽带技术的研究热潮，极大地推动了超宽带技术的发展。众所周知，超宽带通讯技术中有一个必不可少的组成部分，那就是超宽带滤波器。

超宽带滤波器作为通信系统中的重要组成部分，担当着信号选择的重任，具有极宽的带宽、抑制谐波、结构小型化、性能稳定等优点，能够实现高速的数据传输，在无线通讯领域中具有广阔的应用和发展前景。所以，设计出一款性能优异的超宽带通滤波器显得十分重要。论文主要介绍了两种滤波器的设计方法，介绍平行耦合带通滤波器时，详细地介绍了在HFSS软件中的创模仿真过程，介绍电磁带隙结构的滤波器时，主要是比较改变各参数后滤波器性能的变化。

关键词语：滤波器、超宽带（UWB）技术、HFSS、多模谐振器

Abstract

With the rapid development of 4G networks, the communication in the spectrum resources become increasingly scarce, so we need to analyze and study, to be able to find some methods to improve spectrum efficiency, thus can effectively ease the shortage of spectrum resources about the status quo.Since 2002, the federal communications commission has issued a band which is 3.1 GHz to 3.1 GHz as measures used in the ultra wideband communication, academic field and manufacturing industries around the world raised a hot wave of research about the UWB technology, which promote the development of uwb technology.As is known to all, the uwb communication technology has an essential part that is ultra-wideband filter.

Ultra-wideband filter as an important part of communication system, bear the burden of the signal selection. it has a very wide bandwidth, suppress harmonic, structure miniaturization, the advantages of stable performance, can achieve high speed data transmission, in the field of wireless communications has a broad prospect of application and development.So,it is important to design a performance of ultra-wideband pass filter.

This paper mainly aims at the research on UWB filter based on multi-mode resonator. a kind of stub- loaded multi-mode resonator has been designed . The resonance instruments have six modeThrough software simulation analysis after.On this basis, using the odd-even mode method, a UWB filter was constructed. The filter can cover the 3.1~11.0GHz frequency range; through echo loss band for -12dB; inhibition with external 14GHz can reach -60dB.

Key Words: Filter，ultra wideband (UWB) technology, HFSS, Multimode resonator

目 录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1课题研究背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 多模谐振器的发展历程

1.4 设计研究思路

2 微波滤波器理论分析

2.1 概述

2.2 微带传输线理论

2.3 端口网络理论基础

2.4 微带耦合线理论

3 平行耦合带通滤波器的设计与仿真

3.1 平行耦合带通滤波器的原理

3.2 HFSS设计平行耦合带通滤波器

3.3本章小结

4 电磁带隙超宽带滤波器的设计与仿真

4.1 多模谐振原理

4.1.1 多模谐振技术简介

4.1.2 基于阶梯阻抗谐振器的多模谐振原理

4.2滤波器的初步设计仿真

4.3滤波器各项参数的调试

4.4超宽带滤波器的弱耦合及理论对比分析

4.5本章小结

5总结与展望

参考文献

致谢

第1章 绪论

1.1课题研究背景

近几年来无线通信系统的发展可谓是日新月异，很多不同的通信标准已经在使用或者正在开发试用当中，新技术如4G的应用已经相当普遍。目前国内并存的移动通信系统标准就包括了GSM、DCS、PHS、CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA和TD-LTE等。而且还存在着WiFi、蓝牙、卫星通讯、数字广播、军用雷达系统、数据链系统等其他特殊用途的和工作在开放频段的无线通信系统。如果多个通讯系统工作在一个相同的频段上，有可能会发生相互干扰的情况。为了对不同频率范围的系统进行控制，美国联邦通信委员会（FCC）对超宽带系统进行了分类，包括应用于交通工具上的机载雷达系统、穿墙成像系统、医疗系统、监视系统，然后就是通讯测量系统。UWB系统应用领域所对应的频段如表1所示：

表1.1 UWB系统应用领域和对应频段

要从不同的频率信号中选取对某个通讯系统有用的信号，则需要相应的滤波器来完成选频工作。

1.2 研究的目的及意义

众所周知，滤波器是基于谐波阻抗而建立的一种装置，其可以分为无源滤波器和有源滤波器。它的主要用途是滤除对某个系统没用的信号，使其不能通过滤波器，而只让有用的信号通过。滤波器在电信、卫星通信、雷达和测量设备中都有广泛的应用，它是微波振荡器、混频器、放大器、倍频器等电路中的重要组成部分^[1]。近些年来，各种通讯电器设备都趋于小型化、集成化，离不开电路的简化与集成。这就要求滤波器在集成电路中越小越好，而多模谐振技术可以解决上述问题，因而微波滤波器成为了科研人员的研究热门。论文就是对带通滤波器的设计方法进行探索，通过不断地改进研究，得到频选良好、结构优化的滤波器。

1.3 多模谐振器的发展历程

十九世纪七十年代，有一个重要的现象被Wolf发现，那就是研究的滤波器出现了两个模的特性，这种结构通过电路中的简并模后产生了谐振。它的工作原理为：把一个器件放置在谐振器的边缘地带，这些器件前提是不能对性能产生大的影响，由于一般情况下，谐振结构中存在一对相位正交的简并模，这些微小的器件会使简并模消失，本征值分离开，从而实现双频谐振，并且二者相耦合，这样就把原来的谐振结构变成了具有两个谐振点的结构，降低了增加谐振结构数目的麻烦，成为了对滤波器进行小型化的最有效的方法之一。双模谐振结构具有许多优点，其中最主要的两点是减小了滤波器的尺寸，增大了相对带宽，利于滤波器的小型化。根据上面的研究可以得出结论，增加谐振器中的谐振模式数量可以增加带宽的大小。