论文部分内容阅读
现今,多功能融合的器件设计理念为微波器件小型化发展提供了新思路。滤波器与天线的集成和一体化设计,大大减小了系统前端尺寸,进一步提高了滤波性能。通信飞速发展,急需大量的宽频带器件,以满足多媒体通信等对通信速率的要求。本文对滤波型天线的综合设计理论和基于多模谐振器激励的宽频带滤波天线设计方法做了相应的研究,在宽频带滤波天线的小型化方面做出了一定的探索。主要研究内容包括如下四部分:首先,提出了一种具有两种短路位置的枝节加载环形谐振器(SLRR,Stub-loaded ring resonator)。在不同短路位置,该谐振器具有不同的频响和谐波特性。通过对谐振器的谐振机理进行分析,得到谐振模式与关键电长度之间的解析表达式。进一步,基于环上短路接地的SLRR,设计了一款高温超导共面波导(CPW,Coplanar waveguide)双频带带通滤波器。该电路所表现出的小尺寸(0.146λ_g×0.083λ_g)和低插损(0.15 dB)等优良特性,很好验证了短路型枝节加载环形谐振器在微波电路设计中的优势。其次,基于短路型SLRR,提出一种谐振器耦合式宽频带滤波天线。基于传统的谐振器耦合式滤波器综合设计理论,将天线辐射单元等效代替滤波器最后一阶谐振电路和负载,使其充当辐射器的同时也作为滤波器的谐振电路,实现了宽频带滤波天线的综合。文中对天线的这种等效过程和参数提取方法进行了详细的分析。作为验证,设计并加工了一款紧凑的三阶宽频带滤波天线(电路面积0.26λ_g×0.27λ_g,相对带宽11.6%)。测试结果表明,该天线的增益呈现出既定的滤波特性并具有良好带外抑制特性(约三陪基频阻带宽度)。再次,对基于槽线谐振器的滤波天线设计方法进行研究,设计了一种三阶谐振滤波天线,该天线由两个发夹型槽线谐振器和一个L型单极子天线构成。能量通过微带馈电给槽线谐振器,槽线谐振器最后耦合到单极子天线,最终设计好的滤波天线兼具频带选择性和小尺寸(0.231λ_g×0.296λ_g)的特点。最后,对基于三模谐振器的宽频带滤波天线的设计方法进行研究,提出了一种基于对称枝节加载微带线三模谐振器的宽频带滤波天线。通过对三模谐振器的谐振机理进行分析,得到谐振模式与关键电长度之间的解析表达式。合理的设计谐振器模式的频率分布和耦合,最终实现了相对带宽为16.1%的宽频带滤波天线,同时该电路还兼具小尺寸(0.51λ_g×0.30λ_g)的特点。