電調(diào)濾波器廣泛應(yīng)用于防跟蹤跳頻通信、多波段通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗和軟件定義無線系統(tǒng),其性能的好壞直接影響著整個(gè)無線通信系統(tǒng)的質(zhì)量。介質(zhì)諧振器帶通濾波器具有體積小、溫度穩(wěn)定性高和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是基站、手持機(jī)和車載臺(tái)等通信設(shè)施中倍受青睞的微波元器件之一,但電調(diào)介質(zhì)諧振器帶通濾波器的研究和報(bào)道相對(duì)較少,本文在這方面進(jìn)行大膽嘗試并試圖填補(bǔ)一些空白,研究帶寬恒定的電調(diào)介質(zhì)濾波器,研究中心頻率和帶寬均可調(diào)的電調(diào)介質(zhì)濾波器,研究壓電換能器電調(diào)介質(zhì)諧振器和介質(zhì)濾波器,其中有些電調(diào)介質(zhì)濾波器的結(jié)構(gòu)屬于首次提出。本文針對(duì)電調(diào)介質(zhì)諧振器帶通濾波器,開展深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作和結(jié)果如下:1、首次采用同軸介質(zhì)諧振器和微帶線構(gòu)成復(fù)合型階躍阻抗諧振器(CSIR),這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)能夠控制復(fù)合諧振器間的電耦合和磁耦合的強(qiáng)弱,實(shí)現(xiàn)混合耦合,并對(duì)這種耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電磁耦合分析,并用這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了恒定絕對(duì)帶寬的電調(diào)介質(zhì)濾波器和恒定相對(duì)帶寬的電調(diào)介質(zhì)濾波器。采用漸進(jìn)空間映射技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。用阻抗比大于1的CSIR設(shè)計(jì)了恒定絕對(duì)帶寬的電調(diào)介質(zhì)濾波器,制作了實(shí)物,變?nèi)莨芷珘?-10V時(shí),電調(diào)范圍0.67～0.98GHz,絕對(duì)帶寬的變化為42～47MHz。用阻抗比小于1的CSIR設(shè)計(jì)了恒定相對(duì)帶寬的電調(diào)介質(zhì)濾波器,制作了實(shí)物,變?nèi)莨芷珘?-10V時(shí),電調(diào)范圍0.43～0.78GHz,相對(duì)帶寬的變化為6.4%～6.8%。兩種濾波器均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并與國(guó)外最新成果進(jìn)行了比較。2、探討了帶寬可調(diào)介質(zhì)濾波器的耦合結(jié)構(gòu),提出在入/4同軸介質(zhì)諧振器之間加可變電容器的方法實(shí)現(xiàn)帶寬可調(diào),并推導(dǎo)出通帶帶寬和中心頻率可調(diào)介質(zhì)濾波器的耦合系數(shù)與可變電容的關(guān)系式。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了三種不同帶寬特性的電調(diào)介質(zhì)濾波器:一種以電容為輸入輸出耦合的帶寬逐漸增大的可調(diào)濾波器,且各頻率點(diǎn)的帶寬可調(diào),另兩種分別是以電感為輸入輸出耦合的絕對(duì)帶寬恒定電調(diào)濾波器和相對(duì)帶寬恒定的電調(diào)濾波器。采用空間映射技術(shù)優(yōu)化恒定帶寬所需耦合元件的參數(shù)值。三種電調(diào)濾波器均制作了實(shí)物,實(shí)測(cè)結(jié)果表明:中心頻率可調(diào)范圍為550～850MHz,固定調(diào)頻變?nèi)莨芷珘?帶寬可調(diào)范圍為42～～70MHz和72～100MHz;同時(shí)控制調(diào)頻變?nèi)莨芎驼{(diào)耦合變?nèi)莨艿钠珘嚎蓪?shí)現(xiàn)恒定絕對(duì)帶寬,81MHz(中心頻率調(diào)諧范圍550～806MHz),和恒定相對(duì)帶寬,15%(中心頻率調(diào)諧范圍537～860MHz)。并與國(guó)外最新成果進(jìn)行了比較。3、從理論上分析了壓電換能器調(diào)諧介質(zhì)諧振器的原理。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了壓電換能器電調(diào)TE模介質(zhì)諧振器和TE模介質(zhì)濾波器。采用壓電雙片和介電常數(shù)為45的介質(zhì)諧振器制作了實(shí)物,實(shí)測(cè)結(jié)果分別是:壓電換能器調(diào)諧介質(zhì)諧振器的諧振頻率為4.1073GHz,當(dāng)電壓從-27V調(diào)到27V,頻率變化量從-16MHz變到24MHz,頻率呈線性變化,有載QL值從2850變化到2400,并與金屬桿諧振介質(zhì)諧振器作了比較。當(dāng)電壓0V調(diào)到50V時(shí),壓電換能器電調(diào)介質(zhì)濾波器的中心頻率可調(diào)范圍:4.155～4.205GHz,通帶特性變化較小。4、采用漸進(jìn)空間映射技術(shù)優(yōu)化了可調(diào)介質(zhì)濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和耦合元件的參數(shù),以實(shí)現(xiàn)不同帶寬特性的電調(diào)濾波器。在粗模型中,以中心頻率作參變量,選擇優(yōu)化算法,使濾波器的帶寬(絕對(duì)或相對(duì)帶寬)在各個(gè)頻率處都保持恒定,細(xì)模型只需驗(yàn)證結(jié)構(gòu)參數(shù),參數(shù)提取時(shí),不需要提取頻率的變化值,提高了優(yōu)化速度。在建模方面,采用LC并聯(lián)諧振電路作為可調(diào)元件加載介質(zhì)諧振器(或復(fù)合諧振器)的粗模型,優(yōu)化速度很快,只需精細(xì)模型2～4次迭代,便得到細(xì)模型的最優(yōu)值。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN713
【部分圖文】：

器的設(shè)計(jì)方法；研宄了中心頻率和帶寬同時(shí)可調(diào)的同軸介質(zhì)濾波器的耦合結(jié)構(gòu)和帶寬??控制方法；設(shè)計(jì)和制作了小型化的六路介質(zhì)濾波器組；探討了壓電換能器調(diào)諧介質(zhì)諧??振器和濾波器的結(jié)構(gòu)。本文的整體設(shè)計(jì)框架如圖１．１所示。??漸進(jìn)空間映射￣｜電調(diào)介質(zhì)諧振器濾波器空間映射優(yōu)化理論Ｈ漸進(jìn)空間映射優(yōu)化??優(yōu)化理論?ｊ［?｜?的兩個(gè)實(shí)例??電調(diào)介質(zhì)諧振器帶通濾波器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化??１恒定帶寬電調(diào)介質(zhì)濾波器?中心頻率和帶寬可調(diào)的?壓電換能器??￣ｙ?＾?—?介質(zhì)帶通濾波器?電調(diào)介質(zhì)濾波器??，／?＼?＾?＇?／?Ｘ??恒定恒定帶寬絕對(duì)帶寬相對(duì)帶寬電調(diào)介質(zhì)電調(diào)介質(zhì)??絕對(duì)帶寬相對(duì)帶寬逐漸增大恒定恒定諧振器濾波器??圖１．１本文的組織框架??本文的主要工作包括兩大部分：第１部分為介質(zhì)諧振器帶通濾波器空間映射優(yōu)化??理論；第２部分為電調(diào)介質(zhì)諧振器帶通濾波器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，第１部分是優(yōu)化理論，??用于第２部分的具體結(jié)構(gòu)中，第２部分是多種電調(diào)濾波器的實(shí)現(xiàn)，是第１部分的理論??應(yīng)用和創(chuàng)新。大致內(nèi)容如下：??（１）

２．?２．?１介質(zhì)諧振器的工作原理??微波介質(zhì)諧振器的工作原理是將高頻（微波）電磁波引入電介質(zhì)中，高介電常數(shù)??的介質(zhì)界面與導(dǎo)體壁有類似特征，能使電磁波在電介質(zhì)與自由空間的界面發(fā)生完全??的或近似完全的反射，形成駐波而產(chǎn)生振蕩，等效為并聯(lián)諧振電路［５Ｕ，如圖２．?２所示??｜Ｌｒ?＝＝Ｃｒ?［ｊ］Ｒ０??Ｏ??圖２．２介質(zhì)諧振的等效電路??從物理意義上講，當(dāng)電磁波在具有兩種不同介電常數(shù)介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生全反射??。器也可成是兩端開路的??

博士學(xué)位論文?電調(diào)介質(zhì)諧振器帶通濾波器的研究??矩形、圓柱形和環(huán)形，如下圖２．１所示，??」￣Ｔ?＝?＿?ｆ?丨丨?１?—?—?—?－?一?—?■一??—一－一一?ｉ?／?＿?＿?＿?Ｉ?－．－????２ａ??－Ｉ?Ｉ－??２ａ??？??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??圖２．１介質(zhì)諧振器的形狀（ａ）矩形，（ｂ）圓柱形，（ｃ）環(huán)形??２．?２．?１介質(zhì)諧振器的工作原理??微波介質(zhì)諧振器的工作原理是將高頻（微波）電磁波引入電介質(zhì)中，高介電常數(shù)??的介質(zhì)界面與導(dǎo)體壁有類似特征，能使電磁波在電介質(zhì)與自由空間的界面發(fā)生完全??的或近似完全的反射，形成駐波而產(chǎn)生振蕩，等效為并聯(lián)諧振電路［５Ｕ，如圖２．?２所示??｜Ｌｒ?＝＝Ｃｒ?［ｊ］Ｒ０??Ｏ??圖２．２介質(zhì)諧振的等效電路??從物理意義上講，當(dāng)電磁波在具有兩種不同介電常數(shù)介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生全反射??并在介質(zhì)中形成純駐波時(shí)便構(gòu)成了諧振器。因此介質(zhì)諧振器也可以看成是兩端開路的??一段介質(zhì)波導(dǎo)，其中的振蕩模式與介質(zhì)波導(dǎo)中的模式相對(duì)應(yīng)，有無限多個(gè)振蕩模式。??但由于在介質(zhì)諧振器兩端的介質(zhì)空氣分界面外部的場(chǎng)不為零，而是按指數(shù)規(guī)律在空氣??中逐漸衰減的
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