HFSS微波阶跃阻抗滤波器设计(2)
5.4 本章小结 34
6 滤波器各参数对性能的影响 36
6.1 耦合间距对滤波器性能的影响 36
6.2 谐振器尺寸对滤波器性能的影响 36
6.3 谐振器内部缝隙宽度对滤波器性能的影响 37
6.4 本章小结 38
结 论 39
致 谢 40
参考文献41
1 引言
1.1 研究背景
从电子信息技术发展的早期到现今,滤波器一直在电路中扮演着十分重要的角色。随着通信技术的不断开发和改进，滤波器的性能及设计方法也日益进步。对很多大型电子设备而言，滤波器不仅仅是其不可缺少的元器件之一，其性能优劣更会直接影响整个系统的质量。在射频通信电路中，一般使用滤波电路对无用的干扰信号进行隔离。因此，高性能的滤波电路对整个射频通信系统具有重要意义。近年来，随着微波毫米波技术的茁壮发展，各领域对高性能滤波器的需求也日益增长。在通信、导航、制导、探测、遥控、信息对抗等各个领域，滤波器都发挥着重要的作用。
随着移动通信需求的日益增长，L波段和S波段电磁波资源变得非常紧张。在这种趋势下，作为基本电路组成的射频滤波器的发展需求也日益紧迫。由于PCB技术的成熟和价格的低廉，平面滤波器成为满足这种需求下的优先选择。但是，由于尺寸较大，平面滤波器很难用在如今的微型化系统当中。所以，如何减小尺寸成为了滤波器发展的重要课题。由于尺寸小、易于制造、性能好且结构简单，微型微带阶跃阻抗谐振滤波器吸引了人们的关注。
微带阶跃阻抗谐振器（SIR）是一种新型的谐振部件，作为构成滤波器的重要部分，其结构特点可以良好地满足系统对小型化、高带外抑制、谐波抑制的需求。
本文研究的对象为微波阶跃阻抗滤波器，对其特性、工作原理、结构特点等方面作了较为详细的介绍。着重分析了四分之一波长型阶跃阻抗谐振器和半波长型阶跃阻抗谐振器，对SIR器件的各参数的推导进行了探讨，并使用仿真软件HFSS进行了具体的阶跃阻抗滤波器实例设计，对得到的测试和仿真结果进行了分析，并通过调节数值探究各参数对阶跃阻抗滤波器性能的实际影响。
1.2 谐振器简介
谐振器是带通滤波器的基本单元，在频率作用下，谐振器可同时存储电能和磁能。在微波频段，谐振器的结构呈现多种不同形状，谐振器的尺寸、结构、外形等因素都会影响其场分布。同时，谐振器的谐振频率也由结构的物理参数决定。
对微波谐振器而言，在设计过程中，最需要考虑的因素为谐振器物理尺寸、谐波性能、功率容量和无载Q值。其中，无载Q值的高低可反映谐振器的固有损耗大小，Q值越低则其固有损耗越大。为尽可能减少滤波器的插入损耗，谐振器的Q值必须足够高。此外，另一个对滤波器性能有巨大影响的因素是滤波器的谐波模式，由于微波谐振器支持无限多的谐振模式，因此通过扩大其无谐波窗口可明显改善带外抑制，从而提升滤波器的整体性能。
微波谐振器可分为三类：1.集总元件谐振器；2.平面谐振器；3.立体腔体谐振器。集总元件谐振器尺寸较小，其无谐波窗口非常宽，满足高带外抑制的需求，但是，集总元件谐振器的Q值相对很低，这意着其插入损耗很高，不能满足现代大部分系统的需要。立体腔体谐振器的Q值很高，插入损耗很低，但是其尺寸往往较大，难以进行小型化设计。
平面谐振器包含的种类很多，其形式可以是一段微带线、环谐振器、片状谐振器等。通常，一个平面谐振器的谐振频率由其尺寸、基板的相对介电常数、基板厚度决定。实际应用中，选取谐振器或滤波器结构时，需要在插入损耗、滤波器尺寸、功率容量、成本等指标中折中选取。