物聯(lián)網(wǎng)基于多枝節(jié)加載諧振器的UWB帶通濾波器設(shè)計(jì)

1、西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告學(xué) 院 信息工程學(xué)院專業(yè)班級 物聯(lián)網(wǎng)1102姓 名 林竹學(xué) 號 20115671題 目基于多枝節(jié)加載諧振器的UWB帶通濾波器設(shè)計(jì)題目類型 設(shè)計(jì)開發(fā)1、 選題背景及依據(jù)1.1 選題背景 自2002年美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）批準(zhǔn)把3.1GHz到10.6GHz之間的頻段分配給超寬帶通信系統(tǒng)以來，對各種小型化，具有良好帶內(nèi)帶外特性的超寬帶濾波器的研究成為學(xué)術(shù)界及工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)2中提出了一種高通濾波器加低通濾波器級聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)超寬帶濾波器。3中首次提出了基于多模諧振器的超寬帶濾波器設(shè)計(jì)方法并被廣泛運(yùn)用。4-5中為了改善這種基于多模結(jié)構(gòu)超寬帶濾波器的高阻帶特性

2、，采用了多枝節(jié)加載的諧振器結(jié)構(gòu)。同時(shí)還有其他結(jié)構(gòu)如EBG結(jié)構(gòu)6也被運(yùn)用于帶外特性的改善。此外，為了提高超寬。帶濾波器的選擇性，在7中提出了一種階梯阻抗枝節(jié)加載的諧振器結(jié)構(gòu)。1.2 選題目的及意義 為了同時(shí)滿足超寬帶濾波器的帶外特性和選擇性的要求，本文提出了一種新的多枝節(jié)加載諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路并將其運(yùn)用于超寬帶濾波器設(shè)計(jì)之中。該結(jié)構(gòu)通過在均勻半波長諧振器上各個(gè)諧振模式電壓分布零點(diǎn)上加載枝節(jié)構(gòu)成。基于這種枝節(jié)線加載諧振器設(shè)計(jì)方法，本文提出了分別提出了三枝節(jié)加載和五枝節(jié)加載的多模諧振器并運(yùn)用其構(gòu)造超寬帶濾波器。該濾波器具有小尺寸，良好選擇性和高阻帶帶寬等優(yōu)點(diǎn)。1.3 國內(nèi)外研究狀況 美國在UWB的積

3、極投入,引起歐盟和日本的重視,也紛紛開展研究計(jì)劃。位于以色列的Wisair多次發(fā)表所開發(fā)的UWB芯片組。STMicro、Thales集團(tuán)和摩托羅拉等10家公司和團(tuán)體則成立了UCAN組織,利用UWB達(dá)成PWAN的技術(shù),包括實(shí)體層、MAC層、路由與硬件技術(shù)等。PULSERS是由位于瑞士的IBM研究公司、英國的Philips研究組織等45家以上的研究團(tuán)體組成,研究UWB的近距離無線界面技術(shù)和位置測量技術(shù)。日本在2003年元月成立了UWB研究開發(fā)協(xié)會,計(jì)有40家以上的業(yè)者和大學(xué)參加,并在同年3月構(gòu)筑UWB通信試驗(yàn)設(shè)備。多個(gè)研究機(jī)構(gòu)可在不經(jīng)過核準(zhǔn)的情況下,先行從事研究。新加坡科學(xué)家成功將超寬帶技術(shù)的傳輸

4、速率提高到每秒500兆位元。這是目前世界最快的超寬帶傳輸速率。資訊通信研究院的這項(xiàng)成果已經(jīng)打破英特爾締造的每秒220兆位元(Mbps)的記錄。 我國在2001年9月初發(fā)布的十五國家863計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中,首次將超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)作為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容,鼓勵國內(nèi)學(xué)者加強(qiáng)這方面的研究工作。由于得到了信息產(chǎn)業(yè)部國家無線電監(jiān)測中心、中國電子視像行業(yè)協(xié)會、北京郵電大學(xué)、中國科學(xué)院移動通信研究所以青島海爾集團(tuán)和上海環(huán)旭電子集團(tuán)等部門和單位的大力支持,超寬帶技術(shù)研究和產(chǎn)品的開發(fā)都得到了迅速的發(fā)展。以青島海爾集團(tuán)和上海環(huán)旭電子集團(tuán)為代表的中國企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)以及

5、市場化方面走在了世界的前列,與飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司合作率先展示并推出了超寬帶高清電視和家庭媒體中心等產(chǎn)品和系統(tǒng),這標(biāo)志著中國的企業(yè)在高新技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域正在邁向世界先進(jìn)行列。1.4參考文獻(xiàn)： 1 何歡，關(guān)于超寬帶傳輸系統(tǒng)委員會的規(guī)則15部分修改,技術(shù)ET98-153fcc02-48，2002。 2 楊更可超寬帶微帶帶通濾波器無線通信，2003。 3 屬朱，超寬帶（UWB）使用多模式諧振器的帶通濾波器，2004。 4 李湖朱，緊湊的超寬帶帶通濾波器加載多個(gè)模式的諧振腔IEEE微波卷17，2007 。 5 問楚，改進(jìn)的上阻帶性能的緊湊的超寬帶帶通濾波器電子信件，卷442，2008。 6 S.

6、W. Wong，EBG嵌入具有改進(jìn)的上阻帶性能的超寬帶帶通濾波器的多模式諧振器，2007。 7 周芳，階梯阻抗存根加載諧振器UWB帶通濾波器的設(shè)計(jì)，2009。 8 張波，IEEE微波無線組件卷20，2010 9 陳邦媛，射頻通信電路M.北京:科學(xué)出版社,2003。 10 常君明,顏彬，數(shù)字通信原理.北京:清華大學(xué)出版社,2010。 11 孫鵬，單片射頻收發(fā)器nRF905的原理與應(yīng)用.電子制作，2008。 12 X.Y.Zhang,J.X.ChenandQ.Xue,“Dual-bandbandpassfilterusingstub-loadedresonators,”IEEEMicrowaveW

7、irelessComponentsLetters,vol.17,no.8,pp.583-585,2007。 13 S. W. Wong and L. Zhu, “EBG-embedded multiple-mode resonator for UWB bandpass filter with improved upper-stopband performance,” 2007。 14 Q. X. Chu and S. T. Li, “Compact UWB bandpass filter with improved upper-stopband performance,” Electronic

8、s Letters, vol. 44, no. 12, pp. 742743, Jun. 2008。 15 C.L.Hsu,F.C.Hsu,andJ.T.Kuo,“Microstripbandpassfiltersforultra-widebandwirelesscommunications,”inIEEEMTT-SInt.Dig,Jun.2005。2、 主要研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容、研究（設(shè)計(jì)）思想及工作方法或工作流程2.1 研究目標(biāo) 本課題涉及濾波器工作原理和運(yùn)用hfss/ads軟件平臺進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)知識和技能，對于學(xué)生在射頻和微波方向的工程能力培養(yǎng)具有重要意義。采用3枝節(jié)和5枝節(jié)加載諧振

9、器實(shí)現(xiàn)濾波器2.4GHz12GHz的超寬帶性能。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)使濾波器具有較好的頻率選擇性，且具有平坦的帶內(nèi)時(shí)延。2.2 研究內(nèi)容2.21 本文在開路支節(jié)線加載諧振器基礎(chǔ)之上，提出了一種新型的基于階梯阻抗枝節(jié)加載諧振器結(jié)構(gòu)。通過傳輸線理論深入分析了基于階梯阻抗枝節(jié)加載的三模、五模諧振器的諧振特性和零點(diǎn)特性。這種諧振器結(jié)構(gòu)不僅能提供更多諧振頻率控制自由度，而且能夠在通帶外產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，大大提高超寬帶濾波器的選擇性。這次分別將該三模、五模諧振器結(jié)構(gòu)應(yīng)用到超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)中。2.22，為了改善超寬帶濾波器帶外特性，本文分別從諧振器和耦合結(jié)構(gòu)這兩個(gè)角度出發(fā)，提出了一種具有諧波抑制特性的多枝節(jié)加載諧振器

10、結(jié)構(gòu)和一種彎折枝節(jié)加載平行耦合線結(jié)構(gòu)。分別將該改進(jìn)型諧振器結(jié)構(gòu)和耦合結(jié)構(gòu)運(yùn)用于超寬濾波器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高選擇性，高阻帶抑制特性的超寬帶濾波器。2.3主要設(shè)計(jì)思想及工作流程：濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。由電容、電感和電阻構(gòu)成。濾波器設(shè)計(jì)，多是采用濾波器變換的方法加以實(shí)現(xiàn)。主要是通過對低通原型濾波器進(jìn)行頻率變換與阻抗變換，來得到新的目標(biāo)濾波器。這次主要是采用3枝節(jié)和5枝節(jié)加載諧振器實(shí)現(xiàn)濾波2.4GHz12GHz的超寬帶性能。2.31，半波長諧振器各個(gè)諧振模式的電壓分所有奇模頻率電壓零點(diǎn)均通過對稱中心。因此，中心加載

11、枝節(jié)不影響任何奇模頻率。同理，在各個(gè)各個(gè)偶模頻率電壓零點(diǎn)處加載枝節(jié)，也不會對相應(yīng)偶模頻率產(chǎn)生影響。如圖1所示，我們在半波長諧振對稱中心加載一段階梯阻抗枝節(jié)，同時(shí)在四倍頻電壓零點(diǎn)處對稱加載兩端枝節(jié)。 圖1 三枝節(jié)加載諧振器與各個(gè)諧振模式電壓分部2.32，加載枝節(jié)線恰好位于四倍頻f4的電壓零點(diǎn)上，因此改變所加載枝節(jié)線長度時(shí)，對f4沒有任何影響，而其他諧振模式隨著枝節(jié)線增長而向低頻移動。故采用這種電壓分布零點(diǎn)加載枝節(jié)的方式，可以提高對諧振器各個(gè)諧振模式的可控性。三枝節(jié)的頻率在500M3.66Hz.通過加載的階梯阻抗枝節(jié)與對稱加載開路枝節(jié)的結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)通帶的選擇性，而且還可以通過抑制帶外諧波，提

12、高阻帶帶寬。加載3.1GHz10.6GHz。2.33, 在三枝節(jié)多加兩個(gè)開路枝節(jié)，以獲得更高阻帶抑制的超寬帶濾波器。如圖2所示，通過前面的分析，我們可以得知，調(diào)節(jié)該枝節(jié)對f5不產(chǎn)生影響，同時(shí)也增加了諧振器對帶外諧波抑制的自由度，在增加加載枝節(jié)后，由于增加了調(diào)節(jié)自由度，帶外特性得到了明顯的改善，估計(jì)20 dB抑制阻帶從原來的18.5 GHz提高到了23 GHz。 圖2，三枝節(jié)加載諧振器與各個(gè)諧振模式電壓分布.2.34，實(shí)驗(yàn)與測試結(jié)果為了進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性，我們將優(yōu)化后的五枝節(jié)加載超寬帶濾波結(jié)構(gòu)基片上進(jìn)行加工。測試與仿真S參數(shù)以及時(shí)延特性，看仿真與測試結(jié)果結(jié)果是否具有良的吻合.2.35，總結(jié)

13、本文提出了一種新的枝節(jié)加載諧振器的設(shè)計(jì)思路并分別設(shè)計(jì)了兩種多枝節(jié)加載諧振器運(yùn)用于超寬帶濾波器之中這些涉及到很多很多的知識點(diǎn)，都需要我去深入學(xué)習(xí)和研究。我相信，在我自己的努力下，在老師同學(xué)的幫助下，我一定可以完成這樣的一個(gè)系統(tǒng)，將一件優(yōu)秀的作品呈現(xiàn)在大家面前！三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排（1）2014年12月1日2015年3月15日：收集整理資料，查閱相關(guān)技術(shù)文檔，撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題答辯。（2）2015年3月16日4月1日：搭建系統(tǒng)框架，確定開發(fā)思路。（3）2015年4月2日4月30日：完成技術(shù)難題。（4）2015年5月1日5月10日：優(yōu)化硬件，美化界面，增強(qiáng)軟件操作的人性化。（5）2015年5月11日6月1日：撰寫畢業(yè)論文。