【摘 要】
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当前,5G毫米波射频终端朝着多功能、集成化和高速率的方向发展。毫米波滤波天线作为一种5G射频终端多功能天线,是一种提高5G射频终端集成度的关键射频器件。然而,一方面,当前的滤波天线带宽较窄,不能满足高速率、低延迟5G无线通信;另一方面,射频子系统与滤波天线之间的射频干扰日益严峻,不利于无线通信系统的高质量通信。此外,毫米波频段的表面波辐射也是阻碍滤波天线发展的一个障碍。因此,为了解决以上问题,从而
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当前,5G毫米波射频终端朝着多功能、集成化和高速率的方向发展。毫米波滤波天线作为一种5G射频终端多功能天线,是一种提高5G射频终端集成度的关键射频器件。然而,一方面,当前的滤波天线带宽较窄,不能满足高速率、低延迟5G无线通信;另一方面,射频子系统与滤波天线之间的射频干扰日益严峻,不利于无线通信系统的高质量通信。此外,毫米波频段的表面波辐射也是阻碍滤波天线发展的一个障碍。因此,为了解决以上问题,从而提高无线通信系统的通信速率和质量,本文做了以下工作:(1)针对滤波天线带宽窄和难于集成的问题,本文提出一种集成基片间隙波导(Integrated Substrate Gap Waveguide,ISGW)宽带滤波天线。首先,基于ISGW特性阻抗理论设计ISGW;其次,提出一种表征该滤波天线滤波响应的等效电路模型,使用该电路模型指导高通滤波响应设计:运用短截线结构引入低频辐射零点;再次,通过U型缺陷地结构引入高频辐射零点,该U型缺陷地结构不仅引入高频辐射零点,而且在通带内激励一个额外的谐振点,使得滤波天线的工作带宽拓展1.6 GHz。高频辐射零点与低频辐射零点使得天线实现了带通滤波响应—ISGW宽带滤波天线。此外,增加滤波功能后不仅没有增加电路面积,而且通带性能没有受到损害。该滤波天线工作带宽为23.8%,带外抑制水平为17 d B,与已发表文献对比,本文的滤波天线的工作带宽更宽。(2)针对滤波天线阻带窄(导致射频干扰严峻)和表面波辐射的问题,提出一种抑制杂散模式和表面波辐射的ISGW滤波天线。首先,使用滤波器综合技术使得天线实现带通滤波响应;其次,为了有效指导滤波天线的设计,提出一种表征滤波天线谐振特性的等效电路模型;再次,为了拓展滤波天线的功能:提出ISGW的等效电路模型,将该电路模型作为理论指导,使用ISGW抑制了滤波天线的杂散模式和表面波辐射,从而使得滤波天线的阻带宽度拓宽了20.25 GHz,同时改善了滤波天线的阻抗匹配水平,该滤波天线的带外抑制为22.7 d B,高频边带阻带宽度为1.88 f0;最后,对滤波天线进行加工测试,验证其性能指标。与已发表的滤波天线相比,本文提出的滤波天线具有宽阻带、高增益、表面波辐射小等优点。
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