高性能可重构射频滤波器的理论研究与设计实现

RECONFIGURABLE microwave components are highly demanded in modern multi-band communication systems. Electronically reconfigurable filters are one of the most essential microwave components for multi-band communication systems due to their potential for size and complexity reduction..This project intends to expand from two aspects of synthesis theory and practical design method of high-performance reconfigurable RF filters..To our knowledge, The synthesis theories of the reconfigurable fitlers have not yet been. In literature, reconfigurable filters were designed by fixed filter synthesis theories and simulation. In this way, the designers have to try again and again using simulated software because the fixed filter synthesis theories are not available in reconfigurable filter design. This project firstly propose the basic concept about quantitative the variation resonant frequency of the reconfigurable resonator, reconfigurable coupling function matrix, and quantitative compensation of unloaded Q, which can amend the tranditional filter synthesis theory. The proposed theory will fill in the reconfigurable filter’s theory blanks and the theory will support all kinds of reconfigurable resonator to realize reconfigurable filters..On the basis of reconfigurable filter theoretical research, this project propose a design method of broadband high selective reconfigurable micro-strip filter and a substrate integrated cavity bandpass filter with both center frequency and bandwidth tuning capabilities. This project will design reconfigurable filter from stopband Characteristics instead of traditional passband characteristics. The transmission zeros will be tunable. The characteristics of the proposed reconfigurable filter will better than reconfigurable filter in literature

本项目从综合设计理论与实际设计方法两方面展开高性能可重构射频滤波器的研究。在理论研究方面，可重构谐振器谐振频率、Q值及耦合系数均为变量，滤波器的零点和极点也都会发生变化，传统滤波器综合理论已不能适应可重构滤波器的设计要求，本项目提出了可重构耦合函数矩阵、无载Q值量化补偿等概念，对传统滤波器综合理论进行修正，这一综合设计理论的完成将填补可重构滤波器设计理论的空白，且可支持各种类型谐振器的可重构滤波器设计。在可重构滤波器综合理论研究基础上，本项目拟设计的宽频连续可调的可重构微带滤波器及带宽、中心频率全可调的可重构基片集成波导(SIW)滤波器对可重构滤波器综合理论进行验证，且改变目前可重构滤波器注重通带的设计思路，在达到通带指标的基础上，设计阻带传输零点可调可控的高选择性可重构滤波器。本项目设计的可重构滤波器的各项性能指标均优于目前国内外同类滤波器。

随着移动通信迅速发展,异种网络并存的无线通信环境已经逐渐形成,软件定义无线电成为未来无线通信的发展趋势。作为无线网络的底层硬件，射频前端的设计是可重构无线网络的硬件基础,而射频电路中的无源器件的设计灵活性明显低于有源器件，因此可重构的无源器件将会成为未来的射频电路设计的瓶颈。基于以上应用背景，本项目研究了可重构滤波器的设计理论，提出了可重构耦合函数矩阵的建立方法，提出了由可重构耦合矩阵直接设计可重构滤波器的设计方法，将可重构耦合函数矩阵与可重构滤波器调谐器件直接关联，对可重构滤波器设计在理论上给出了设计指导，大大简化了高阶可重构滤波器的设计和调谐过程，对可重构滤波器未来的研究和发展具有重要的意义。本项目进一步研究了有源的调谐器件对可重构滤波器的Q值及互调特性产生的影响，提出了解决方案，并基于此探索性地研究了基于忆阻器的可重构滤波器，将忆阻器作为调谐器件，利用忆阻器的非易失性设计可重构滤波器，并做了替代测试，证明无源调谐器件可以很好的改善可重构滤波器的互调特性。对未来忆阻器可重构滤波器的研究具有一定的指导意义。本项目采用可重构耦合矩阵作为理论指导，与可重构谐振器结合，分别设计了多款微带、SIW、LTCC可重构滤波器，研究了各种情况下中心频率和带宽的调谐方法，所设计的滤波器性能达到了国际先进水平。作为拓展研究，本项目将可重构滤波器的设计方法推广到可重构滤波天线的设计，设计实现了中心频率和带宽全部连续可调的可重构滤波天线，达到了良好的性能。本项目所研究的可重构滤波器主要应用于未来的软件定义无线电系统，可配合软件切换滤波器的工作频率和带宽，是实现可重构无线通信系统的关键器件之一，对未来软件定义无线电系统的实现具有重要的意义。