[發(fā)明專利]一種基于頻變耦合結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310306138.3
• 申請(qǐng)日: 2023-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116205082A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高鸞鳳;曹?chē)?guó)群;胡玉祿;譚政;袁海鷹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;H01P1/203;G06F17/16;G06F111/04
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹(shù)平

本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于頻變耦合結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明將頻變耦合結(jié)構(gòu)應(yīng)用于基于兩個(gè)低通原型函數(shù)的非對(duì)稱雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)中，將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的頻變耦合矩陣轉(zhuǎn)換為非頻變耦合矩陣后，通過(guò)有約束非線性最小化函數(shù)優(yōu)化求解頻變耦合矩陣的全部未知參數(shù)，從而消除了原先的交叉耦合路徑，所產(chǎn)生N?1個(gè)傳輸零點(diǎn)可以由頻變耦合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生和獨(dú)立控制，簡(jiǎn)化了濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減小了調(diào)試的復(fù)雜程度。本發(fā)明可在不同的通帶和規(guī)定的傳輸零點(diǎn)中合成不同階數(shù)、回波損耗和帶寬的雙通帶濾波器，實(shí)現(xiàn)線內(nèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化濾波器設(shè)計(jì)與仿真的難度，且極大提高了帶外抑制和通帶間的隔離程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及雙通帶濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種基于頻變耦合結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代微波濾波器的設(shè)計(jì)中，傳輸零點(diǎn)對(duì)于提高帶外抑制度是至關(guān)重要的。交叉耦合結(jié)構(gòu)因?yàn)閷?shí)現(xiàn)各種傳輸零點(diǎn)的適應(yīng)性，被普遍使用在微波濾波器的設(shè)計(jì)中。交叉耦合濾波器相比傳統(tǒng)濾波器具有體積小，效率高，帶外抑制度好，矩形系數(shù)高，設(shè)計(jì)靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而，由于存在多種耦合路徑，在產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)的同時(shí)也大大增加了調(diào)試和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。針對(duì)這種缺陷，近年來(lái)，頻變耦合結(jié)構(gòu)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。使用頻變耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的濾波器不僅可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)線內(nèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；還能夠獨(dú)立控制傳輸零點(diǎn)的位置，減小濾波器調(diào)試的復(fù)雜度。

另外，在無(wú)線通信中，存在著將多個(gè)應(yīng)用程序集成到一個(gè)單一系統(tǒng)中的趨勢(shì)，這需要多通帶濾波器。其中，雙通帶濾波器憑借著較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試過(guò)程，被廣泛的應(yīng)用在各種通信系統(tǒng)中。為了設(shè)計(jì)雙通帶濾波器，通常采用兩種方法：1)使用多模諧振器；2)使用頻率變換法合成。第二種方法更靈活、更簡(jiǎn)單，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)具有特定性能的濾波器，并且可以通過(guò)單頻帶濾波器設(shè)計(jì)中常用的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

最近，有學(xué)者提出使用兩個(gè)不同的低通原型來(lái)設(shè)計(jì)非對(duì)稱雙通帶濾波器，該種濾波器可以實(shí)現(xiàn)不同的通帶具有不同的帶寬、階數(shù)和回波損耗。但是，因?yàn)榇嬖谶^(guò)多的交叉耦合路徑，該濾波器同時(shí)也存在著難以仿真和設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在問(wèn)題或不足，為解決現(xiàn)有非對(duì)稱雙通帶濾波器設(shè)計(jì)時(shí)交叉耦合路徑過(guò)多導(dǎo)致難以仿真和設(shè)計(jì)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于頻變耦合結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方法，除了能夠產(chǎn)生基于兩個(gè)低通原型函數(shù)的非對(duì)稱雙通帶濾波器，實(shí)現(xiàn)不同的通帶具有不同的帶寬、階數(shù)和回波損耗；還能夠消除濾波器的全部交叉耦合，實(shí)現(xiàn)線內(nèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化濾波器設(shè)計(jì)與仿真的難度。

一種基于頻變耦合結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方法(如圖7)，具體步驟如下：

步驟1、從兩個(gè)低通原型的傳輸零點(diǎn)和反射零點(diǎn)出發(fā)，利用頻率變換函數(shù)得到非對(duì)稱雙通帶濾波函數(shù)的傳輸零點(diǎn)和反射零點(diǎn)。頻率變換函數(shù)為：

S＝S'/a₁+b₁/(S'-jZ₁₂),S'Z₁₂

S＝S'/a₂+b₂/(S'-jZ₁₂),Z₁₂S'

其中未知參數(shù)a_i和b_i的表達(dá)式為：