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1、 10171220381017122038 公开公开 TN4TN4 代号代号 分 类 号分 类 号 学号学号 密级密级 1010701701 题题 中中 英文英文 目目 双工器设计方法研究及其小型化建模双工器设计方法研究及其小型化建模 Research of Design MResearch of Design Method ethod a and Miniaturized Modeling of Dnd Miniaturized Modeling of Duplexeruplexer 作 者 姓 名作 者 姓 名 张政伟张政伟 李跃进李跃进 教授教授 工工 学学 提交论文日期提交论文日期 二
2、二 一三年一月一三年一月 微电子微电子学学与固体电子学与固体电子学 指导教师姓名指导教师姓名 职务职务 学 科 门 类学 科 门 类 学科学科 专业专业 西安电子科技大学 学位论文独创性 或创新性 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德 本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果 也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意 申请学位论文与资料若有不
3、实之处 本人承担一切的法律责任 本人签名 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定 即 研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学 学校有权保 留送交论文的复印件 允许查阅和借阅论文 学校可以公布论文的全部或部分内 容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存论文 同时本人保证 毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学 保密的论文在解密后遵守此规定 本学位论文属于保密 在 年解密后适用本授权书 本人签名 日期 导师签名 日期 摘 要 摘 要 双工器是现代通信系统中的一个重要器件
4、用于隔离接收信号和发射信号 使接收机系统和发射机系统可以共用一副天线 随着现代微波通信技术的迅速发 展 频谱资源变得日益匮乏 双工器甚至是多工器的作用越来越突出 因此 其 新型设计方法和实现方法的研究也显得尤为重要 由于双工器是多工器的一个特例 所以本文提出了更具一般性的多工器设计 方法 根据指标要求 综合出各个通道广义切比雪夫型滤波器的特征多项式 再 由其推导出多工器特征多项式 这些多项式中包含了各通道滤波器相互影响的信 息 通过对反射多项式的根进行重新排布 使其呈现出各通道内等波纹响应的特 性 按照此方法 借助 Matlab 软件编程计算 得到了 WCDMA 频段双工器的特征 多项式和耦合
5、矩阵 根据理论计算的数据设计出一款传统的同轴腔体型双工器 其尺寸为 87mm 87mm 35mm 通带内插入损耗小于 0 5dB 回波损耗大于 20dB 隔离度大于60dB 与理论计算结果较为吻合 验证了设计方法的正确性 基于LTCC 技术 设计出一款 SIR 型双工器 尺寸缩小为 7mm 5mm 3 5mm 通带内插入损 耗小于 2dB 回波损耗大于 20dB 隔离度大于 30dB 实现了双工器的小型化建模 关键字 双工器 多工器 LTCC 同轴腔体 SIR Abstract Abstract Duplexer is an important device in modern communi
6、cation system It is used to isolate the receiving and transmitting signals resulting that the receiver system and transmitter system share one common antenna With the rapid development of modern microwave communication technologies spectrum resources become more and more scarce duplexer or even mult
7、iplexer is playing an increasingly prominent role As a result the research of its new design and implementation method is particularly important Since duplexer is just a special case of multiplexer a more general design method of multiplexer is presented in this paper According to the specifications
8、 of each channel characteristic polynomials of each General Chebysev filter are computed The characteristic polynomials of the multiplexer is then deduced and synthesized These polynomials include information of the mutual effects between each channel filter Roots of the reflective characteristic po
9、lynomials are rearranged to maintain the equal ripple response characteristic of the multiplexer In conformity to this method the characteristic polynomials and the coupling matrixes of the WCDMA duplexer are calculated with the assistance of Matlab A conventional coaxial cavity duplexer is then des
10、igned the size of which is 87mm 87mm 35mm The pass band insertion loss is less than 0 5dB the return loss is greater than 20dB and the isolation is greater than 60dB The simulation results are in consist with theoretical calculations which verify the correctness of the method Based on the LTCC techn
11、ology a new kind of SIR duplexer is designed the size of which is reduced to 7mm 5mm 3 5mm The insertion loss in the pass band is less than 2dB the return loss is greater than 20dB and the isolation is greater than 30dB The miniaturized modeling of duplexer is finally realized Keywords Duplexer Mult
12、iplexer LTCC Coaxial Cavity SIR 目 录 目 录 第一章 绪 论 1 1 1 双工器概述 1 1 2 本文的研究背景和意义 2 1 3 LTCC 技术的工艺流程及其特点 5 1 4 本论文的内容安排 6 第二章 广义切比雪夫型滤波器的综合 7 2 1 广义切比雪夫型滤波器概述 7 2 2 广义切比雪夫型滤波器特征多项式的综合 8 2 2 1 广义切比雪夫函数 8 2 2 2 广义切比雪夫滤波器特征多项式的综合过程 9 2 3 广义切比雪夫型滤波器耦合矩阵的综合 12 2 3 1 滤波器的双端口网络模型 12 2 3 2 滤波器的交叉耦合网络模型 13 2 3 3
13、耦合矩阵的综合与化简 17 2 4 滤波器的综合实例 21 2 4 1 通道滤波器特征多项式和耦合矩阵的综合 21 2 4 2 通道滤波器的 ADS 电路仿真验证 22 2 5 本章小结 25 第三章 双工器的综合 27 3 1 多工器特征多项式的综合 27 3 1 1 多工器特征多项式与其通道滤波器特征多项式之间的联系 27 3 1 2 多工器特征多项式的综合步骤 31 3 2 多工器通道滤波器耦合矩阵的综合 34 3 3 WCDMA 双工器的综合实例 35 3 3 1 双工器特征多项式和耦合矩阵的综合 35 3 3 2 双工器的 ADS 电路仿真验证 39 3 4 本章小结 41 第四章
14、双工器的建模与仿真 43 4 1 耦合系数以及外部品质因数的提取方法 43 4 1 1 谐振腔间耦合系数的提取方法 43 4 1 2 输入输出端口外部品质因数的提取方法 46 目 录 4 2 同轴腔体双工器的设计与建模 50 4 3 基于 LTCC 技术的小型化双工器的设计与建模 57 4 3 1 SIR 结构的理论分析 57 4 3 2 SIR 结构双工器的设计与建模 59 4 4 本章小结 64 第五章 总结和展望 65 致 谢 67 参考文献 69 攻读硕士学位期间的研究成果 73 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1 1 双工器概述 在近十多年的时间里 移动通信技术正在突飞猛进的发展
15、 它给人们的生活 带来了巨大的改变 使人们摆脱了有线的束缚 从而可以享受到更全面 更便捷 的通信服务 其中 3G WLAN UWB 蓝牙 宽带卫星系统等都是二十一世纪最 为热门的无线通信技术 在移动通信系统中 无线信号的接收和发送都要通过天 线完成 如果给接收机和发射机各配一个天线 不但增加了成本 体积 而且收 发天线之间还会相互干扰 所以最理想的情况是使收发系统共用一副天线 简单 地说 双工器就是专门为解决这一问题而设计的微波器件 1 双工器一般分为两种 类型 时分双工 TDD 和频分双工 FDD 前者主要用于时分复用的雷达系统 中 在发射时开关会接通天线与发射机 把接收机断开 当发射完成之
16、后 马上 接通天线与接收机而把发射机断开 而后者则是将不同频段的信号借助同一副天 线同步完成发射和接收的工作 因其具有更高的抗干扰性和保密性 所以在雷达 和通信技术中频分双工拥有更为广泛的应用空间 2 图 1 1 射频前端系统结构框图 图 1 1 表示了一个简单的射频前端系统 可以看到 双工器实际上是一个三端 口的器件 其公共端与天线相连 另外两个端口分别与接收机系统和发射机系统 相连 从天线接收的信号中包含有许多干扰信号 需要经过双工器对其选频处理 后才能送入接收机系统 而从发射机送出的信号中同样也包含有大量干扰杂讯 也要经过双工器的选频处理后才能由天线发出 双工器在整射频前端系统中处于 十分重要的地位 它的性能的好坏直接决定着整个系统能否正常工作 3 双工器设计方法研究及小型化建模 2 1 2 本文的研究背景和意义 作为无线通信系统中的关键性器件 双工器以及多工器的设计方法一直以来 也都是人们的研究重点 双工器和多工器可以看成是由其通道滤波器组成的 而 这些通道滤波器共用一个输入端口 若果我们不做任何处理 直接将这些通道滤 波器连接到公共端 则它们之间不可避免的会造成相互干扰 致使
