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第38卷第4期计算机仿真2021年4月文章编号：1〇〇6 -9348(2021 )04 -0139-045G无线通信的多模谐振滤波M IM O天线研究李婷、陈诚斌2(1.福州理工学院，福建福州350506;2•福州大学，福建福州350108)摘要:针对5G天线面临的小型、多频，以及高增益等发展趋势，提出并设计了一种多模谐振滤波天线。
采用谐振器过滤不在频段范围内的噪声，引人多模分析求解出不同频率的品质系数与耦合性，同时根据相应值实现天线尺寸控制。
为改善信道容量，基于谐振滤波设计了隔离天线，在多参数约束分析的基础上，采取双层微带线结合开槽与单点耦合的方式实现隔离天线结构。
通过建模仿真，在4. 3GHz ~5. 5G H z之间，得到天线的参数不超过，参数不超过，参数无限趋于零，辐射方向全向稳定，天线效率位于58%〜90%,实验结果充分表明设计的天线具有良好的分集与隔离性能，以及良好的效率与稳定性;最后经过对尺寸与增益参数的横向比较，进一步验证了多模谐振滤波天线的小型化与增益提升优势。
关键词：无线通信;谐振滤波;多输入多输出；微带天线中图分类号:TN823 文献标识码：BResearch on Multi Mode Resonant Filter MIMOAntenna for 5g Wireless CommunicationL I Ting丨，CHEN Cheng- bin2(1. College of Com puting and Inform ation S cie n ce,F u zh o u Institute of T echnology,Fuzhou F ujian 350506, C hina ；2. School of Physics and Inform ation E n g in e erin g,F u zh o u U n iv ersity,Fuzhou F ujian 350108 ,C h in a)A B S T R A C T：In view of the developm ent tren d s of 5g a n te n n a,s u c h as sm all siz e,m u lti frequency and high g a in,am ulti - m ode resonant filter MIMO anten n a was proposed an d designed. T he resonator was used to filter the noisew hich was not in th e frequency range. The quality coefficient and coupling of different frequencies were solved by u-sing m ulti - m ode analysis. M ean w h ile,th e an ten n a size was controlled according to the corresponding values. In ord er to im prove the channel c a p a c ity,a n isolated MIMO antenna was designed based on resonant filte r,O n th e basis ofm ulti param eter constraint a n a ly sis, the isolated anten n a structure was realized by using double - layer m icrostrip linecom bined with slotting and single point coupling. Through h fssl5m odeling and sim u latio n, the ECC param eters of theanten n a were less than 0. 05,MEG param eters w ere less than 3d B,C C L param eters w ere infinitely close to z e ro,th eradiation direction was sta b le in all d irec tio n s, and the an ten n a efficiency was betw een 58%and 90%from 4. 3ghz to5. 5g h z,T h e experim ental results show that the designed MIMO anten n a has good diversity and isolation perform ance,as well as good efficiency and stability. F in a lly,b y com paring the size and gain param eters of MIMO a n te n n a,th e advantages of m iniaturization and gain enhancem ent w ere further verified.K E Y W O R D S：W ireless com m unication；R esonant filte r；M IM O；M icrostrip anten n a基金项目：国家重点研发计划科研协作项目课题（2017 YFB0504202 );毫米波大规模MIMO系统预测编码算法研究（FTKY005)收稿日期:2020 -09-04修回日期:2020 - 10 - 12139—1引言短路或断路5G的产生是为了应对无线通信网络中海量增长的数据与设备终端，同时，5G的应用也将激励无线网络中数据、业务和设备的进一步增长，使5G通信技术面临更多的挑战，因此，5G技术必须解决大规模通信带来的一系列问题。
东南大学硕士学位论文新型短波天线调谐器的设计姓名：蒋龙申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：吴镇扬;李建北20061221摘要摘要短波天线调谐器是短波通信系统的重要组成部分，随着短波白适应跳频技术的蓬勃发展，快速天线调谐技术也成为研究的热点。
本文对新型短波天线调谐器的研制方案进行了深入的分析与探讨，提出了新型天线调谐器的系统设计框架，并介绍了检测单元和控制单元中各个功能模块的设计与实现，其重点是矢量阻抗测量模块和新的调谐算法。
为了使新型天线调谐器具有调谐速度快、调谐功率低的特点，设计了基于希尔伯特变换的矢量阻抗测量模块，并应用到新型天线调谐器中，可以在微功率下实现天线阻抗的精确测量，改善短波天线调谐器的性能．获得精确的天线阻抗以后，逐次逼近式的调谐算法已经不再适应于新型天线调谐器，因此，在详细分析匹配网络并选择合适的网络模型的基础上，提出了一种以矢量阻抗测量模块为基础的新的调谐算法，能准确地根据阻抗信息调整网络参数，可以提高调谐速度。
从新型天线调谐器的实验结果来看，设计方案基本上满足了研制要求，调谐精度和调谐速度达到或优于数字天线调谐器的水平，并实现了微功率调谐，大大降低了调谐功率。
关键词：短波天线调谐器；天线阻抗；矢量阻抗测量模块；调谐算法；希尔伯特变换查妻奎兰翌圭兰垡丝茎一一ＡｂｓｔｒａｃｔＳｈｏｒｔｗａｖｅａｎｔｅｎｎａｔｕｎｉｎｇｃｏｕｐｌｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｓｈｏｒｔｗａｖｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｈｏｒｔｗａｖｅｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｈｏｐｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｔｈｅｒａｐｉｄａｎｔｅｎｎａｔｕｎｉｎｇｔｅｃｌｌＩｌｉｑｕｅｈａｓｂｅｃｏｍｅｈｏｔｓｐｏｔｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｄｅｅｐａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｒｇｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｗ－ｔｙｐｅｓｈｏｒ怕ａｖｅａｎｔｅｎｎａｔｕｎｉｎｇｃｏｕｐｌｅｒ。
用Filter solutions设计滤波器笔记要求：分别设计5阶切比雪夫1型带通滤波器、切比雪夫2型带通滤波器，中心频率500MHz，带宽50MHz。
尝试选用不同的电路结构，观察所用元器件的值有何变化。
切比雪夫1型滤波器：通带中等纹波，阻带是单调的切比雪夫2型滤波器：通带中单调，阻带等纹波，即阻带中有零点（陷波点）。
（1）5阶切比雪夫1型带通滤波器：通带中等纹波，阻带是单调的图1：参数设置注释：Asymmetrical非对称的，只有带通滤波器才有此选项，用于设计非对称结构的滤波器。
Delay Equalize延迟补偿，低通和带通滤波器才有此选项，用于低通滤波器或者带通滤波器的通带群延迟补偿。
延迟补偿的概念：Tx Line:Transmission Line 传输线滤波器Sw Cap:Switched Capacitor开关电容滤波器，Active：有源滤波器，Passive:无源滤波器，Digital:数字滤波器，1st Ele Shunt:滤波器电路结构的第一个元件是并联电感。
1st Ele Series:滤波器电路的第一个元件是串联电容。
Incl Source Bias：Check to include the bias due to the source resistance to appear in the transfer function, frequency response, impedance response, and time response of your filter. For example, if the source resistance is equal to the load resistance, checking this box will cause a -6dB offset will appear in the frequency response, and a factor of .5 will appear in the transfer function and time response. This offset goes away when this box is left unchecked.This box should be left unchecked when using the transfer function for any purpose other than passive filters applications.Complex Terminations:创建滤波器复杂的驱动终端，即自定义滤波器的源终端。
实验1 单调谐回路谐振放大器实验步骤1．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。
扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。
本实验采用点测法，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。
步骤如下：（1）1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右，这样放大器工作于放大状态。
高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端（1P01）。
示波器CH1接放大器的输入端1TP01，示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02，调整高频信号源频率为6.3MHZ （用频率计测量），高频信号源输出幅度（峰——峰值）为200mv （示波器CH1监测）。
调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出为最大值（示波器CH2监测）。
此时回路谐振于6.3MHZ。
比较此时输入输出幅度大小，并算出放大倍数。
（2）按照表1-2改变高频信号源的频率（用频率计测量），保持高频信号源输出幅度为200mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值，并把数据填入表1-2。
表1-2（3）以横轴为频率，纵轴为电压幅值，按照表1-2，画出单调谐放大器的幅频特性曲线。
3．观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响。
顺时针调整1W 01（此时1W 01阻值增大），使1Q 01基极直流电压为1.5V ，从而改变静态工作点。
按照上述幅频特性的测量方法，测出幅频特性曲线。
逆时针调整1W 01（此时1W 01阻值减小），使1Q 01基极直流电压为5V ，重新测出幅频特性曲线。
可以发现：当1W 01加大时，由于I CQ 减小，幅频特性幅值会减小，同时曲线变“瘦”（带宽减小）；而当1W 01减小时，由于I CQ 加大，幅频特性幅值会加大，同时曲线变“胖”（带宽加大）。
2021年2月第44卷第1期北京邮电大学学报Journal of Beijing University of Posts and TelecommunicationsF e b.2021Vol.44 No. 1文章编号：1007-5321 (2021 )01 -0092^05 D O I：10. 13190/j. jbupt. 2020-077一种宽阻带微带发夹带通滤波器的设计郑海宇，朱伟光，张志涛，张欣雷，胡善文(南京邮电大学电子与光学T程学院，南京210023)摘要：为得到高选择性、宽阻带的滤波器，并满足6 G H z以下频段对通信设备小型、便携的要求，提出了一种新型微带发夹带通滤波器.相比于传统结构，该新型结构在连接输人端、输出端的谐振单元上分別加人了1/4波长的开路微带线，并且在滤波器输入端馈电线的两侧增加金属通孔.通过两者相互结合的方式，在寄生通带处产生传输零点，实现寄生通带的抑制，达到宽阻带的目的.对提出的新塑结构滤波器进行实物加E与测试，结果表明，该新型结构滤波器能够实现宽阻带，具有良好的频率选择特性.关键词：发夹结构；宽阻带；高选择性；微型滤波器；微带线中图分类号：TN713 文献标志码：ADesign of a Microstrip Hairpin Bandpass Filter with Wide StopbandZHEN G Hai-yu, ZHU Wei-guang, ZHANG Zhi-tao, ZHANG X in-lei, HU Shan-wen(C ollege of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Posts and Telecom m unications, Nanjing 210023 , C hina)Abstract：To obtain a highly selective, wide stopband filter and meet the requirement of sub-6GHz band compact portable communication d evices, a new type of microstrip hairpin bandpass filter is proposed. Compared with the conventional structure, the proposed adds a quarter-wavelength open microstrip line to the resonance unit which is connected to the input and output e n d s,a n d adds metal holes on both sides of the input feeder of the filter. The wide stopband is achieved by transmission zeros at the parasitic pass- band. The proposed filter is processed and tested. It is shown that it can realize a wide stopband and has good frequency selection characteristics.Key words：hairpin structure ；wide stopband ；high selectivity ；miniaturized filter；microstrip line滤波器作为选频器件，具有选择特定频率信号、滤除其他频率信号的作用，是无线通信系统链路中极为重要的一环，其好坏影响着系统整体的性能质量：|:.现如今，随着无线通信技术的快速发展，制造工艺的不断进步，通信终端设备向小型化、髙度集成化、高性能化发展的趋势愈发明显. 目前，无线通信的频段主要集中在6 G H z以下，包 含多种通信标准，如第5代移动通信系统（5G，the fifth generation of mobile communications system)、长 期演进技术（L T E，long term evolution)、无线局域网(W L A N，wireless local area network)、全球微波接入万操作件（WiMAX T world interoperability for micro- wave a c c e s s)、Bluetooth 等.随着 6 GHz 以下频谱资源的划分越来越密集，单个设备中滤波器数量不断增多，用于6 G H z以下频段的滤波器对高选择性以及小型化的要求也越来越高.为了满足现收稿日期：202046-18基金项目：国家自然科学基金项目（6150丨261，6丨50406丨）；中国博士后基金项目（20丨7\1621793) 作者简介：郑海宇（1995—)，男，硕士生.通信作者：胡善文（1985 —)，男，副教授，E-mail:*****************丨u. c .n第1期郑海宇等：一种宽阻带微带发夹带通滤波器的设计93代无线通信系统的高要求，学者们在降低滤波器插人损耗、增大滤波器通带外的抑制以及减小滤波器尺寸等方面做了大量研究，提出了多种结构思路[2'近年来，微带发夹结构滤波器由于结构紧凑、具 有高带外抑制、成本低、易于加工与集成等特点成为 主流[4].然而，对于微带发夹带通滤波器而言，在设 计频率的整数倍处会出现寄生通带，影响滤波器的 整体性能[5].为了获得较好的阻带特性，学者们进 行了大量研究.Mahdi等[6]在滤波器的衬底刻蚀了 一定形状、深度的沟槽，进而使微带耦合线的偶模和 奇模相位速度相等来抑制微带平行耦合的杂散响应，达到宽阻带的目的.（^(3〇1^等[7]基于常规并联 耦合线上的电容终端，通过过度耦合方法消除了寄生响应，实现了微带滤波器的宽阻带特性.P ar k 等[8]通过缺陷接地结构与阶跃阻抗相结合，利用2种谐振器的衰减极点，有效地抑制谐波响应，并且有 效抑制越来越深，通带外抑制越来越高.但缺陷接地结构需要在通频带处挖槽，进而需要进一步优化且对滤波器的通带有较大的影响.4化等[9]运用微 带线缺陷接地的方式，设计的结构可以在仅具有一个或多个单元晶格的某些频带中提供带隙特性，进 而达到宽阻带的目的.Fathelbab等[1°]采用并联耦 合线的方法，设计出一款宽阻带响应带通滤波器. M o h a m m a d等[11]将带通滤波器与1/4波长开路微带 线的谐波抑制电路集成在一■起，制备出11阶微带发 夹滤波器.运用该方法虽然使滤波器实现了高抑制和宽阻带的特性，但器件的整体尺寸显著增大，并不 适用于小型化、便携式的通信设备.Lo tf i等[12]改变 发夹谐振器耦合边的形状，通过新的分形进而均衡奇模与偶模的相位速度，从而有效地进行谐波抑制.但其设计是对发夹滤波器耦合边进行了分形，这增 加了设计、加工的复杂度.上述结构方法虽然已经展示了优良的谐波抑制特性，但存在面积较大、设计 方法复杂等缺点.基于传统微带发夹滤波器，提出了一种新型微带发夹滤波器，在连接输入端或输出端的谐振单元上分别加人1/4波长开路微带线，并且在滤波器输人端馈电线的两侧增加金属通孔.相较于传统发夹结构，该结构在实现了小型化的同时，有 效地抑制了设计频段附近出现寄生通带，是一款宽阻带带通滤波器.最终设计并且加工实现了一款工作在3.8G H z,带宽为200 M H z的微带发夹滤波器.1微带发夹滤波器设计微带发夹带通滤波器是由半波长微带耦合谐振器折叠成“U”形，通过与相邻的U型结构互相耦合来达到滤波作用，如图1所示，是半波长耦合微带滤 波器的一种变形方式.图1谐振器结构单元微带发夹滤波器的性能主要由谐振器臂长i、微带线宽度〜谐振器之间的间距s以及抽头距离 谐振器的位置t等参数确定.其中，谐振器臂长i决 定了滤波器中心频率的大小，其长度计算公式[13]为其中：A。
