3cm集成波导切比雪夫带通滤波器的设计

发布时间：2017-10-19 20:41

  本文关键词：3cm集成波导切比雪夫带通滤波器的设计

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【摘要】：滤波器就是对某一频率分量通过,衰减通带外分量的一种选频装置。在现目前的手持设备基站、无线网络设备中,滤波器应用极其广泛,它是组成系统必不可少的组件。滤波器的设计是微波技术学科的重要领域之一,它可以用来滤除系统中我们不需要的杂波,如影响系统的毛刺信号。随着卫星通信、手持无线设备通信的蓬勃发展,人们对工作在微波、毫米波频段的滤波器的指标要求越来越高,比如频率选择性高、宽带化以及小型化等。传统的滤波器有波导型和微带型,然而这两者有着高功率、低损耗和易于集成的矛盾,每一种只能满足其中的一个或两个优势,因此集优点于一体成为目前滤波器研究的热点。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是20世纪90年代初期由日本学者提出,并在随后几年成为研究热点,受到人们的关注。它是近几年的一种新型传输线结构,它具有功率容量大、损耗小、易于集成、容易加工、成本低廉等优点,它兼顾了微带传输线和传统金属波导的优点,有 微带的体积,波导的性能‖之称,它可以用其实现传统腔体滤波器结构,加上最近几年微波、毫米波系统及其器件的快速发展,SIW结构滤波器由于其独特的优势得到了人们的关注。本论文首先研究了SIW结构的传输性能,利用电磁仿真软件得到了SIW的结构尺寸变化对端口参数的影响的规律,由于SIW与矩形波导的相似性,再把矩形谐振腔的理论运用在SIW中,设计出了SIW谐振腔,并与微带谐振器相比较,验证了SIW谐振腔的高Q值特性,然后把传统的腔体滤波器设计方法用于SIW结构,并研究腔体之间的耦合特性,设计出了性能优良的带通滤波器。在设计滤波器的开始,为了使器件尽量小,运用了腔体叠层结构。在滤波器的输入输出端口处,考虑到系统集成和实际测试的需要,分析并设计了SIW传输线-微带线转换结构。最后,设计出的X波段叠层结构带通滤波器达到了所需的指标:中心频率在10GHz,1dB带宽约0.77GHz,通带的最大回波损耗是22dB,通带插入损耗低于0.7dB,通带的矩形系数约2.15,带外抑制≥30dB时在中心频率±0.7GHz处,并且整个器件的尺寸只有40.8mm*16.4mm*4.3mm,选择AutoCAD软件完成滤波器图纸的设计并加工器件,完成了器件的组装、测试与调试。在允许的误差范围内,实际器件测试结果与仿真结果基本吻合。至此,完成了具有功率容量大、损耗小、体积小、易于集成且成本低廉的X波段带通滤波器的研制。
【关键词】：基片集成波导(SIW) 谐振腔 滤波器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 微波滤波器的发展与研究现状10-12
• 1.2 微波滤波器的研究意义12-14
• 1.3 本论文主要工作和创新14-16
• 第二章 基片集成波导器件原理16-33
• 2.1 基片集成波导结构与传输特性16-18
• 2.2 X波段基片集成波导的设计18-21
• 2.3 基片集成波导与微带传输线的匹配21-28
• 2.3.1 微带线理论21-25
• 2.3.2 SIW与微带线匹配设计25-28
• 2.4 基片集成波导的功率分析28-33
• 第三章 X波段基片集成波导滤波器设计33-68
• 3.1 滤波器基本理论33-42
• 3.1.1 微波滤波器指标33
• 3.1.2 微波滤波器的主要分类33-35
• 3.1.3 归一化低通原型滤波器35-40
• 3.1.4 低通原型滤波器的频率变换40-42
• 3.2 耦合理论42-51
• 3.2.1 耦合基本概念42-45
• 3.2.2 耦合系数的属性45-48
• 3.2.3 一般耦合与交叉耦合48-51
• 3.3 外界品质因素51-52
• 3.4 X波段滤波器的建模设计52-64
• 3.4.1 腔体的谐振频率——SIW谐振腔设计53-56
• 3.4.2 耦合系数计算与建模仿真56-59
• 3.4.3 计算和仿真外界品质因素59-61
• 3.4.4 滤波器外电路匹配设计——滤波器最终模型61-64
• 3.5 SIW滤波器的功率分析64-68
• 第四章 SIW滤波器的加工、组装和测试68-74
• 4.1 滤波器的加工和组装68-70
• 4.2 滤波器的测试70-74
• 第五章 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79

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本文编号：1063228