论文部分内容阅读
随着无线通信技术特别是个人通信系统、无线局域网、卫星系统的飞速发展,现有低频波段资源越来越紧缺、拥挤,因此急需拓展高频微波毫米波频谱资源,拓宽通信系统的容量。滤波器和天线作为通信系统的重要组件,面临着重大挑战。研究适用于微波、毫米波波段的体积小、重量轻、效率高、易于集成的滤波器和天线变得非常重要。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)以及半模基片集成波导(Half-Mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)技术具有损耗低、成本低、易于制造、易于与平面电路集成等优点非常适合高频器件的设计与应用。本文以SIW、HMSIW为基础进行研究并利用PCB工艺制作了一种微波X波段紧凑型SIW四阶可控混合电磁耦合椭圆函数滤波器;一种微波X波段HMSIW自双工天线单元及自双工天线阵列;一种毫米波Ka波段的高增益SIW介质谐振器天线1×4线性阵列和4×4面阵。主要内容如下:(1)简单介绍了SIW天线、滤波器的研究背景及意义,以及相关微波毫米波器件的国内外研究现状,同时说明了文章的结构及内容安排。(2)SIW混合电磁耦合带通滤波器设计。通过在滤波器SIW谐振腔1和腔4之间打开感性耦合窗口引入磁耦合,在谐振腔顶层金属上刻蚀三条等宽槽线来引入电耦合。通过调节混合电磁耦合系数,在滤波器的通带上下两侧产生有限频率传输零点,进而实现了高选择性的准椭圆函数滤波器。(3)HMSIW背腔自双工天线单元及其阵列设计。通过在SIW谐振腔顶层金属上不同位置刻蚀两条不同尺寸的缝隙槽辐射两个不同频率(单元天线工作频率:f _L=8.6 GHz,f_H=10.6 GHz;天线阵列工作频率:f_L=8.3 GHz,f_H=10.5 GHz)的电磁波,且两个端口之间拥有高隔离度,实现了一个天线有两个独立工作频率,从而减少了双工器等隔离器件的使用,降低了射频通信系统的成本。半模SIW技术有效地减小了天线的尺寸,使其体积更加小巧,易于X波段的实际应用。(4)高增益SIW介质谐振器天线阵列(Substrate Integrated Dielectric Resonator Antenna Array,SIDRAA)设计。天线单元底层是SIW馈电的缝隙天线,上层加载介质谐振器天线,SIDRAA通过底层交错放置的缝隙将能量耦合到上层的介质谐振器天线单元,从而有效增加了天线的辐射增益。此研究工作还有一项创新点即是DRA的加载方式,不同于传统的独立形式介质谐振器,此设计通过在顶层介质基板上的空气孔阵列,构造与独立形式介质谐振器相同的边界条件,进而形成一体加载的SIDRA单元,从而减小了加工制造中的装配误差,使得设计和加工更为方便、高效。