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1、精选优质文档-倾情为你奉上 分类号 密级 UDC 学 位 论 文广义切比雪夫滤波器设计（题名和副题名）王一凡（作者姓名） 指导教师姓名 罗正祥 贾宝富 教 授 电子科技大学 成 都 （职务、职称、学位、单位名称及地址） 申请专业学位级别 硕士 专业名称 物理电子学 论文提交日期 2007.1 论文答辩日期 2007.3 学位授予单位和日期 电子科技大学 答辩委员会主席 评阅人 2007年3月 日注1：注明国际十进分类法UDC的类号。独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表
2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得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作了明确的说明并表示谢意。签名： 日期： 年 月 日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名： 导师签名： 日期： 年 月 日专心-专注-专业摘要近年来，随着无线通讯技
3、术的飞速发展，无线通讯使用的电磁波频谱变得非常拥挤。因此，无线通讯系统对滤波器的性能指标也提出了越来越高的要求。这意味着滤波器除了要有小尺寸、高选择性、低的插入损耗外，还要满足通带内平坦的群延迟响应和通带外足够大的的衰减。通常，这种类型的滤波器都采用广义切比雪夫滤波器来实现通讯系统对它的要求。广义切比雪夫滤波器的传输零点，可以位于阻带内的任意位置处，这能更加灵活地对滤波器的带外抑制度进行调节，其矩形系数可以做得很高。另外通过一些特定的交叉耦合，广义切比雪夫滤波器还能实现复数传输零点，以改善通带内的群时延特性，减小信号的畸变。本文系统地总结了广义切比雪夫滤波器的综合过程，并针对不同的拓扑结构给出
4、了相应的耦合矩阵消元方法。接下来，文章又给出了六腔同轴结构线性相位滤波器的设计实例和测试曲线。最后，运用MATLAB GUI的界面编程语言设计了滤波器综合的计算程序，使得广义切比雪夫滤波器的综合过程更加快捷直观。实测结果表明，设计的滤波器综合程序对广义切比雪夫滤波器的设计生产有重要的指导作用，具有很好的工程实用价值。关键词：广义切比雪夫滤波器，交叉耦合，传输零点，耦合矩阵 ABSTRACTRecently, with the fast development of wireless communication, the electromagnetic frequency used by wir
5、eless communication becomes very narrow. So, the requirement of filters performance for wireless communication is becoming harder and harder, this means that the filter should have flat group delay response in passband and enough attenuation out of band, besides the common requirement of small size,
6、 high selection and low insert loss. Usually the General Chebyshev filter is used to meet these hard requirements.The transmission zeros of General Chebyshev filter could be placed in any position, so the attenuation out of band is controllable, then a high selection performance could get. In additi
7、on, through some special cross couple, the complex transmission zeroes could be formed to improve the group delay response and decrease the distortion. This thesis gives a whole procedure of synthesis the General Chebyshev filter and a variety of couple matrix reducing methods for different topologi
8、cal structures. Further more, a process of design a linear phase filter with six coaxial cavities is presented and the measured result is recorded. At last, based on MATLAB GUI language, a filter synthesis program is designed, which makes the General Chebyshev filter synthesis fast and simple. A goo
9、d agreement between the measured result and the synthesized one verifies validity of the program. It would be helpful in engineering application. Keywords: General Chebyshev filter, cross couple, transmission zero, coupling matrix 目录第一章 绪论1.1 广义切比雪夫滤波器的研究意义滤波器作为一种二端口网络，具有特定的频率选择特性，即让某些频率的信号顺利通过，而对另外
10、一些频率的信号加以阻隔和衰减。目前在雷达、广播、无线通信等领域，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应地提高了。因此，滤波器在这些领域被广泛运用，是微波，毫米波系统中不可缺少的器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的质量。 近年来，随着无线通讯技术的飞速发展，无线通讯使用的电磁波频谱变得非常拥挤。因此，无线通讯系统对滤波器的性能指标提出了越来越高的要求。特别是在移动通讯基站双工器和多工器中使用的滤波器，除了高选择性、小尺寸、通带内低插入损耗的要求以外，对滤波器通带内的群延迟和通带外的衰减都提出了十分苛刻的要求。面对这些要求，传统的滤波器比如：最大平坦（Butterworth）和切比雪
11、夫（Chebyshev）滤波器很难胜任，因为普通结构的滤波器只有通过增加阶数来满足要求，而这样却会增加滤波器的插损，而且生产出来的滤波器的重量和体积都会非常大，不满足现代通信的需求。椭圆函数（Ellipse）滤波器虽然有良好的选择性，但实现起来却比较困难。相比之下，广义切比雪夫（General Chebyshev）滤波器具有更多的优越性。广义切比雪夫滤波器能通过引入传输零点而不用增加滤波器阶数来提高通道的选择性，并且只需要通过非相邻谐振腔的交叉耦合就可以实现。因此，目前很多通信用的滤波器都使用交叉耦合结构来实现，而这种结构的滤波器原型就是广义切比雪夫，要研究此类滤波器就必须先搞清广义切比雪夫函
12、数的一些基本特性。广义切比雪夫函数不仅可以产生传输零点，而且这些传输零点是可以人为指定的，可以是对称的，也可以是不对称的，这可以更加灵活地根据需要对滤波器的带外抑制度进行调节，其矩形系数可以做得很高，这是椭圆函数滤波器所不能做到的。另外，通过交叉耦合，广义切比雪夫滤波器还可以产生复数传输零点，以改善通带内的群时延特性，这与传统的滤波器相比又增加了一项优势。传统的滤波器原型要么从幅度特性出发进行综合，得到符合要求的S参数幅度值，要么从相位特性出发，得到合适的相位曲线，例如传统的线性相位滤波器设计，它们都不能同时对幅度和相位进行综合，而广义切比雪夫却能用虚数传输零点控制幅度，同时用复数传输零点控制
13、相位。综上所述，广义切比雪夫滤波器与传统滤波器相比具有体积小，效率高，带外抑制度好，矩形系数高，设计灵活等诸多优点，具有广泛的应用前景，是国内外微波无源器件的研究热点。1.2 国内外的研究现状广义切比雪夫滤波器的等效电路模型是A. E. Atia于1972年在研究交叉耦合结构滤波器1时首先提出来的。在这个模型的基础上，A. E. Atia还提出了耦合矩阵的概念，并根据这些概念给出了用求留数的办法从多项式到耦合矩阵的综合方法。Jia-Sheng Hong在他的书中也对这部分内容做了讲述16。A. E. Atia的等效电路模型，以及耦合矩阵的综合方法对以后广义切比雪夫滤波器的研究起了非常重要的作用
14、。此后，在A. E. Atia的等效电路模型和耦合矩阵概念的基础上，R. J. Cameron 2-4，S. Tamiazzo12，G. Macchiarella7和H. C. Bell11等又对广义切比雪夫滤波器的综合方法作了进一步改进，提出了针对不同拓扑结构耦合矩阵的不同的消元方法，这使得广义切比雪夫滤波器更贴近实用，运用范围更加宽泛。其中R. J. Cameron给出了折叠型（folded），异型（Cul-de-Sac）拓扑结构滤波器的消元方法。S. Tamiazzo和G. Macchiarella从不同的角度给出了CT，CQ拓扑结构的消元方法，而S. Tamiazzo给出的移项消元则是在H. C. Bell提出的轮型结构基础上进行的消元。这些消元方法为滤波器的设计提供了种类繁多的拓扑结构，使滤波器的设计更加灵活多样。另外，S. Amari，R. N
