微波滤波器研究背景目的意义和研究历史及现状.doc

微波滤波器研究背景目的意义和研究历史及现状1 研究背景，研究目的及意义随着无线通信的迅猛发展，频率资源的日益紧张，作为分离有用和无用信号的微波滤波器成为通信系统中的重要部件，其性能的优劣直接影响整个通信系统的质量。现在，微波滤波器已被广泛应用于微波、毫米波通信、微波导航、制导、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗等多种领域，并对微波滤波器的要求也越来越高。高阻带抑制、低通带插损、宽频带、高功率、寄生通带远和带内平坦群时延等成为用户的主要技术指标要求。同时，体积、成本、设计速度也是用户极为关心的话题。因为大部分通信系统收发链路共用一根天线，对双工器乃至多工器的研究需求也越来越迫切。这就促使微波设计师们不断研究和发展微波滤波器和双工器的设计技术。传统的滤波器根据其频率响应可以分为巴特沃兹、契比雪夫和椭圆函数l等。巴特沃兹滤波器在通带具有最大平坦特性，而契比雪夫滤波器在通带内具有等波纹特性，他们的传输零点被定义在无穷远。而椭圆函数滤波器虽然具有有限频率远处的传输零点，但是随着滤波器阶数的确定，其传输零点位置也是确定的。现在一种广义契比雪夫的传递函数被用于滤波器设计中，其设计极其灵活，但是无表可查。这种滤波器的传输零点位置可以任意确定，最多可以实现和滤波器阶数一样多的传输零点。其传输零点位置既可以放在通带外以提高阻带抑制，又可以放在通带内将滤波器的一个通带分成多个通带，传输零点不仅可以位于实轴来提高频率选择性，又可以位于虚轴来平坦滤波器的群时延。传统的波导双工器是用环形器与两个滤波器相连。现在一般采用T型结直接与滤波器相连，其重量减轻，提高了电气性能指标，一体化程度高，易于加工，但是加大了设计难度。这种设计需要在仿真优化时减小滤波器间的相互影响。在设计这种双工器时，在较宽频带内具有低回波损耗的T接头成为设计的重要部分。其中矩形波导T形接头有E面T形接头(简称E-T接头)和H面T形接头(简称H-T接头)两种结构形式，如图所示:矩形波导T接头(a)E-TCo)HT接头的等效电路2微波腔体滤波器的研究历史及现状在1937年，由WP Mason和RASykes发表的文章中首先研究了微波滤波器，他们是利用了ABCD参数推导出了大量有用滤波器相位和衰减函数。应用映像参数方法当时主要在美国各大实验室中，例如在Mn实验室里，他们重点研究波导滤波器，而在Harvard实验室重点研究宽带低通、带通同轴及窄带可调谐滤波器。映像参数方法的工作大多在MIT实验室由Fano和Lawson完成，他们的著作对于微波滤波器有比较清晰的介绍，甚至在40年后还有应用价值。在随后的微波滤波器理论的研究和发展过程中，许多专家和学者作出了重大的贡献。Cohn在集总元件低通滤波器原型机的基础上第一个提出了方便实用的直接耦合空腔滤波器理论。上世纪60年代，GLMatthaei在其专著中对微波滤波器的经典设计方法作出了较全面、系统的介绍，但主要针对最平坦型和契比雪夫型，未涉及椭圆函数型和广义契比雪夫型。70年代初，AEWilliams和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低阶滤波器。AEAtia,AEWilliams和RWNewcomb对交叉耦合合展开研究，总结出传输零点对称分布时的偶模网络和相应的偶模矩阵的综合方法。Levy建立了集总和分布原型的元件公式间的联系，给出了推导原型元件的简单而准确的公式；Rhode建立起了线性相位滤波器理论。1999年Richard JCameron把广义契比雪夫滤波器的传输零点由实数扩展到复数，从而将传输零点和时延结合起来研究，提出用循环递归的方法构成广义契比雪夫的传输和反射函数多项式，根据导纳矩阵和部分分式展开求取留数，再利用施密特正交变换的方法综合耦合矩阵，其矩阵综合和消零计算量较大。如何将不可实现或不是最简的耦合元素消零成为研究热点，但目前国际上主要采用相似变换(矩阵旋转)尽可能多地消去非零元。这一系列贡献，都可以说是微波滤波器发展史上的重大突破。七十年代初期，我国的老一辈微波专家甘本拔、吴万春、李嗣范、林为干等，在国外研究成果的基础上,滤波器的设计理论和方法进行了补充和完善，为我国微波滤波器的研究奠定了良好的基础。近年来，随着军事、科研、通信的发展，市场对微波滤波器在性能方面的需求不断地提升。而在微波滤波器的研究方面又有了新的突破。一些学者相继提出了滤波器的综合方法，并将这些方法应用于滤波器的工程设计，取得了良好的效果。对于两个相同的谐振腔，既有电