一维光子晶体偏振滤波器通道数的影响因素研究

光子晶体偏振滤波器是利用光子晶体带隙特性来控制信号光偏振状态的一种新型滤波器,在光纤通信、光学传感测量、光电信息处理等领域均有重要应用。通道数多少是偏振滤波器设计的重要指标,通道越多,信息容量越大,越有利于系统的小型化和微型化。本文利用光学传输矩阵法研究了影响一维光子晶体偏振滤波器通道数目的因素,研究表明:(1)光子晶体缺陷层厚度是影响滤波器通道数目的关键因素,通道数N与厚度D近似满足线性关系,在500nm～650nm波段函数关系为N=0.0035D+0.159;(2)缺陷层折射率n_c的变化也会导致通道数改变,折射率越大,通道数越多。

基于开关电容的差分无源N通道滤波器

针对传统N通道滤波器不能抑制谐波、谐波混叠且具有一定插入损耗的问题,本文设计一款基于开关电容的差分无源N通道滤波器。该滤波器使用不同容值的电容加权多相信号来消除奇次谐波,利用不同时钟信号叠加的原理抑制谐波混叠,同时,采用电容堆叠技术提供一定的增益减小插入损耗。滤波器采用TSMC 40 nm CMOS工艺,Cadence Spectre RF软件仿真结果表明:该滤波器的中心频率fs可调范围为0.3~1.5 GHz,当fs=500 MHz时,对3次和5次谐波均有48 dB以上的抑制效果,对最强谐波混叠抑制达到60 dB以上,且没有插入损耗,噪声系数(NF)为2.5~2.8 dB,线性度(IIP3)在15 dBm以上。

一种用于射频前端的谐波整形低功耗N通道滤波器

针对传统射频前端N通道滤波器功耗高,不能根据应用要求选择通过或抑制信号的高次谐波等问题,设计了一款谐波整形低功耗N通道滤波器。该滤波器通过添加具有适当权重的额外路径,可实现谐波抑制和整形的功能。同时,将本振Local Oscillator(LO)信号的n次谐波信号作为时钟信号,降低LO信号频率,时钟信号发生器的动态功耗降低到原来的1/n。SMIC 180 nm CMOS工艺的后仿真结果表明,10通道带通滤波器的中心频率在0.1~6.0 GHz可调,增益为0~5 dB,噪声系数小于4.6 dB,功耗为3.5~6.0 mW,输入三阶交调点(Input 3rd-order Intermodulation Point,IIP3)大于10 dBm,3次和5次谐波抑制分别大于65、90 dB,表明该滤波器具有谐波抑制和谐波整形的功能,且具有较低的功耗。

基于GaAs PHEMT工艺的超宽带多通道开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款超宽带7路开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了开关、驱动电路和带通滤波器,实现了开关滤波功能。开关采用反射式串-并联混合结构;译码器和驱动电路控制某一支路开关的导通或关断;带通滤波器由集总电感和电容组成。该开关滤波器组芯片通带频率覆盖0.8~18 GHz。探针测试结果表明,开关滤波器组芯片各个支路的中心插入损耗均小于8.5 dB,通带内回波损耗小于10 dB,典型带外衰减大于40 dB。为后续研发尺寸更小、性能更优的开关滤波器组提供了参考。

基于相位差原理的抑制3k次谐波差分N通道滤波器

【目的】N通道滤波器由于时钟采样特性,能够使不需要的奇次和偶次谐波经上采样后出现在输出端,影响有用信号的传输。偶次谐波可通过差分结构解决,而奇次谐波正面临重大挑战。【方法】笔者在TSMC 40 nm工艺、1.1 V供电电压下设计了一款基于时钟相位差原理的抑制3k次谐波差分6通道滤波器。该滤波器由单端转双端的差分6通道滤波器、两个跨导放大器和片外变压器构成,差分6通道滤波器用于抑制偶次和3k次谐波,跨导放大器用于提高增益,片外变压器用于阻抗匹配以提高Q值。【结果】Cadence Spectre RF仿真结果显示,中心频率fs可调范围为200 MHz~1.1 GHz,3次谐波抑制高达42 dB,带外抑制达到32 dB,电压增益为10 dB,带内线性度IIP3大于8 dBm,噪声系数NF小于6 dB。【结论】相比于近期类似工作,该滤波器谐波抑制性能有显著提升,整体性能也较好,可应用于多模多频接收机前端,有着良好的应用前景。

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后,通过传输矩阵法的数值计算,发现采用前后不对称的周期结构并调节参数,可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰,因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外,在以高低两种折射率的介质交替分布,并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期,然后进行周期重复构成的光子晶体中,利用通道数等于复周期数减1的规律,并配合各层厚度的调节,设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器,各通道透过峰的透射率均接近100%,由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。

间插取样光纤光栅多通道滤波器

对间插取样光纤光栅进行了理论分析和数值模拟,并依照理论分析及数值模拟的结果进行了实验研究,采用逐点扫描曝光工艺首次制作出具有10个以上通道数的光纤光栅梳状滤波器。这种方法工艺简单,控制精度要求低,是一种具有良好实用化前景的多通道光纤光栅滤波器制作技术。

分数阶傅里叶域两通道滤波器组

基于两通道滤波器组构建的子带信号处理方法已在图像、语音信号处理中得到广泛的应用.本文从分数阶傅里叶域多抽样率信号处理基本理论和分数阶卷积定理出发,推导了分数阶傅里叶域两通道滤波器组准确重建的基本条件,并基于传统傅里叶域有限长标准正交镜像滤波器组和共轭正交镜像滤波器组的原型滤波器设计了分数阶傅里叶域标准正交镜像滤波器组和共轭正交镜像滤波器组.本文所提出的结论为分数阶傅里叶域滤波器组理论的建立提供了基本依据,同时也为分数阶傅里叶变换在图像、语音信号处理等工程实践中的应用奠定了理论基础.最后,仿真实验验证了所提分数阶傅里叶域滤波器设计方法的有效性.

一种基于复式光子晶体的多通道红外滤波器

用LiF和si构成了一（ABBA）^n型光子晶体，考虑到材料的色散关系，对其透射特性进行了研究，结果表明：在44～46μm的范围内出现了若干透射峰，透射峰的数目k与结构周期数N问满足k=N-1的关系。入射角增加，各透射峰的位置红移，长波端透射峰的红移量比短波端的稍大，当入射角Θ≥45。时，短波端透射峰的透射率有所下降。两介质的几何厚度同时增加时，各透射峰的中心蓝移，对应的透射率不变；反之，其中心红移，且长波端透射峰的透射率下降。透射峰的以上特征为其实现多通道的红外滤波提供了理论指导。

基于含掺杂半导体复合光子晶体的太赫兹多通道滤波器

用n型掺杂GaAs和TiO2组成两个相同的光子晶体,并把它们串联成一个复合光子晶体。数值计算表明,复合光子晶体在0.1～6 THz的频段出现了数个相同的透射峰,这些透射峰有如下特征:当n型掺杂GaAs的掺杂浓度>1020/m3并继续增加时,从高频到低频各透射峰的透射率依次下降直至消失。当周期数变化时,透射峰的个数M和周期数N间满足关系式M=N-1,且N一定时,各透射峰的形状和中心间距相同。入射角增加时,各透射峰中心的移动很小,且入射角越大,各透射峰的半峰全宽度越窄。介质的几何厚度增加时,各透射峰的透射率和半峰全宽度不变,仅是其中心位置红移。这些现象为此复合光子晶体实现太赫兹频段的多通道滤波提供了理论指导。

双通道光子晶体滤波器的电控调制研究

以向列相液晶为缺陷层构造了双通道光子晶体滤波器(AB)m(LC)H(LC)(BA)m模型。利用传输矩阵法并结合向列相液晶电光效应,研究了液晶层的外加电场对滤波器的调制特性。结果表明,双滤波通道中心频率位置与电压的变化为线性关系,说明电压对滤波频率具有很好的调制效果。双通道滤波带宽对外场电压的响应灵敏度不同,长波通道滤波带宽对外场电压响应较为灵敏。当电压足够小时,电压对滤波带宽的调制范围较大,且调制规律也比较明显,可通过选择合适的电压范围来实现双通道滤波器滤波带宽的微调功能。这些特性,对新型光学滤波器的设计具有一定的指导意义。

两通道完全重构全相位FIR滤波器组的设计

提出了两通道完全重构全相位FIR滤波器组的设计算法,理论证明了无窗和双窗情况下全相位滤波的3个重要性质.并针对不同的滤波器长度N和频率向量的设置(传统对称或偶对称),设计出了4种全相位半带滤波器.再对半带滤波器进行谱分解,构造出了各分析和综合滤波器.理论和仿真实验表明,全相位PR滤波器组具有较高的重构精度,滤波器长度N为8时的重构误差比CDF9/7双正交小波滤波器组低3个数量级.

正负折射率含缺陷1维光子晶体多通道滤波器

为了分析结构参量对正负折射率材料1维光子晶体缺陷模的影响,利用传输矩阵法计算了基于正负折射率材料含正折射率缺陷1维光子晶体B(AB)m(ACB)n(AB)mB的透射谱,分析了各参量对该结构1维光子晶体缺陷模的影响,并用波动理论定性分析了多通道滤波器形成的原因。结果表明,在各介质层的光学厚度绝对值都为λ0/4的情况下,每个禁带中都有n个超窄的透射峰,相邻两个透射峰间距比相同结构下正折射率情况的宽;当n=1时,随着C层介质光学厚度以λ0/4的k倍增加,透射谱中同一禁带内出现了k条透射峰;当n≥2时,透射谱中同一禁带内出现了n×k条透射峰。该研究结果对可调多通道滤波器的设计和研究有一定的参考价值。

一种通道数可变的光纤光栅梳状滤波器

利用级联长周期光纤光栅与具有宽带反射功能的啁啾光纤光栅,构成了一种反射型的光纤光栅梳状滤波器.由于光在输出前经过两次干涉滤波作用,所以该梳状滤波器的消光比与透射输出型(即反射前)相比,增加了一倍.而且,通过调节啁啾光纤光栅的反射带宽,可以改变滤波器输出信道的数目.实验中利用弹性梁弯曲的方法,获得了两个可调的光纤光栅梳状滤波器,其信道数可分别在1～5和3～9之间的奇数间调谐(如果改变啁啾光纤光栅的初始中心波长,也可以获得偶数信道间的调谐).

基于普通介质无缺陷一维光子晶体高Q值多通道滤波器

设计用常规介质构成的无缺陷的一维光子晶体,用特征矩阵法研究光波在其中的传输特性。在消逝波和传输波相互耦合的传播模式条件下,对特定的入射角度,有多个分离的高Q值频道可以让光波传播。因此可以将该结构用作多通道高Q值频率滤波器。通道位置和数目可以通过入射角度和结构的周期数目进行调节。

基于多项式分解理论的低时延完全重构两通道滤波器组的设计

Euclid多项式分解算法可以用于滤波器组的设计,该文首先讨论了Euclid分解算法与低时延两通道完全重构的滤波器组设计理论,推导出可实现分解的条件,并从理论上加以证明,由于Euclid分解算法具有非唯一性,该文提出了一种新的算法以确定唯一的分解,并将这种算法用于具有低时延特性的两通道全重构滤波器组的设计,最后,通过给出的基于分解方法的设计例子,说明该方法是有效的。

双通道滤波器组与小波变换

从信号处理和工程应用的角度出发,避开了复杂的数学公式推导,阐述了双通道滤波器组与小波变换的关系,并讨论了母小波函数的选择可归结为正交镜像滤波器的设计。

多通道自适应陷波滤波器组设计及性能分析

通过对多个单频自适应陷波滤波器的组合,得到了多通道自适应陷波滤波器,推导了其并联和级联结构的传递函数,分析了单通道、并行多通道和串行多通道3种滤波器的工作特性,并比较了它们的滤波性能.仿真结果表明,多通道自适应陷波滤波器既可有效抑制宽带噪声,又可同时完成对多个不同频率正弦波的提取;增设陷波通道可以去除正弦干扰,避免包络波动.另外,串行多通道陷波滤波器更适合单通道接收的情况,而并行多通道陷波滤波器则适用于多通道接收的场合,具有较大的实用价值.

基于缺陷分割的多通道滤波器设计

介绍了带钢表面缺陷检测中缺陷分割的重要性及数字滤波器的作用,描述了构造滤波器的3种准则函数,比较分析了根据3种准则函数所设计的3种优化滤波器各自的性能特点及其所具有的方向性缺点,并针对优化滤波器的缺点设计了多通道滤波器进行改进,最后用现场带缺陷的带钢图片进行实验验证,得出多通道滤波器可以很好地对带钢表面不同方向的缺陷进行滤波,达到缺陷分割的目的。

图像分解中的多通道滤波器组合

为了有效地利用多通道滤波器组合进行图像分解,以M=3通道为例,首先给出非奇异多通道滤波器组合及其分析、合成与传递方程,然后设计其归一化、平滑度与对称性优化约束与最小二乘算法,最后讨论其在图像分解中的应用。