基于多模耦合的宽阻带滤波器研究

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随着现代通信技术的发展,对微波器件的需求日益增长,其中要求设计的微波滤波器具有更低成本、更高性能以及更加小型化,同时易于系统一体化集成,因此研制可以在高频段工作的小型化滤波器一直是热点研究方向。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是一种可以集成于介质基片中的实现类似矩形波导的一种新颖导波结构,具有低插损、功率容量大、辐射损耗小、体积小易于集成等特点,可以满足新兴无线通信系统微波毫米波电路的苛刻要求。本论文基于SIW技术设计了一款四腔体宽阻带的单频带通滤波器及双频带通滤波器,并对其设计理论基础、设计方法进行了详细的研究,主要内容如下:首先,本文详细介绍了论文研究基片集成波导的背景及意义、研究现状以及未来发展趋势,并且系统地阐述了SIW滤波器设计的基础理论。包括介绍滤波器的分类以及主要性能参数等设计基础知识、SIW导波结构的等效计算、滤波器的耦合谐振腔模型以及交叉耦合技术、详述SIW技术以及多模耦合技术的优势,分析它们应用到滤波器设计中的研究范例,为后续章节设计带通滤波器奠定了基础。其次,本文讨论了SIW滤波器寄生通带的产生机理,基于谐振器主模和高次模的电场分布,利用宽阻带技术、采用直角耦合方式以及加入哑铃槽带阻结构技术,设计并制作了一款抑制寄生通带的高频宽阻带带通滤波器,该滤波器的实测结果与仿真测试数据基本一致,实测结果的带外抑制在21GHz-26GHz频带可达40d B以上,在26GHz-45GHz频带大于20d B。仿真和加工实测结果均显示该滤波器具有优良的宽阻带特性,能满足对无线通信高传输速率的要求,同时可广泛应用于微波毫米波系统中。最后,本文在前述设计基础上,创新性地设计并加工制作了一款四腔体宽阻带双频带通滤波器。通过HFSS软件仿真分析其电场谐振传输模式,经过多次调整哑铃槽带阻结构各尺寸大小,能灵活地激励谐振腔高次模产生双频响应。实测结果显示该滤波器双通带性能良好,实现22GHz至38GHz的宽阻带,且带外抑制可以达到30d B以上,此设计方法较为灵活。经过加工测试,仿真与测试数据基本吻合,仿真显示该双通带滤波器性能良好,可以满足高频电路系统设计需要。
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