基片集成波导技术在微波滤波器中的应用研究

发布时间：2019-09-17 04:10

【摘要】：基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)以其具有传统矩形波导高品质因素、高隔离度、高功率容量、低插入损耗和低辐射等优点,且同时具有传统矩形波导没有的如体积小、重量轻、易于加工、成本低、易于与其他平面微波结构集成等特点而成为研究热点。本文利用SIW技术制作滤波器,并用半模结构和折叠结构对其进行小型化处理,使基片集成波导滤波器性能更好,适用范围更广。本文利用基片集成波导做了三款带通滤波器:一种加载T型槽缝的平面折叠半模SIW带通滤波器、半模消失模SIW带通滤波器、平面折叠半模消失模SIW带通滤波器。其中,加载T型槽缝的平面折叠半模SIW带通滤波器工作频带为2.13GHz~3.15GHz,相对带宽为38.6%。半模消失模SIW带通滤波器工作频带为1.82GHz~3.72GHz,相对带宽为68.6%。平面折叠半模消失模SIW带通滤波器工作频带为1.95GHz~3.40GHz,相对带宽为54.2%。这三款滤波器分别从横向或者纵向尺寸上面对滤波器的尺寸实现了小型化。在滤波器指标相近的条件下,加载T型槽缝的平面折叠半模SIW带通滤波器比普通加载缺陷地SIW滤波器的纵向尺寸小38.2%,半模消失模带通滤波器比普通消失模SIW滤波器的横向尺寸小50%,平面折叠半模消失模SIW带通滤波器比普通消失模SIW滤波器的纵向尺寸小37.6%。本文制作了实物,并对实物的S参数进行了测试,测试结果与仿真结构基本相符。本文还对加载I型槽缝的SIW带通滤波器的等效电路模型进行了分析,通过等效电路模型计算出的传输矩阵得到了滤波器单元的S参数曲线,将其和仿真所得到的S曲线进行了对比。CST软件仿真与等效电路模型计算得到的通频带的上下限频率吻合较好,证明了等效电路的正确。从而建立起分析该型滤波器的方法,并能以此理论指导后续相关加载缺陷地结构的SIW滤波器的设计。
【图文】：

双腔,双模,带通滤波器,加载

来模拟介质填充矩形波导[11]。这种结构能够把电磁波的传播限制在一定范围内，从而让其向前传输。文献[12-13]的研究表明，在基片集成波导的金属过孔之间调整到合适的距离时，，金属过孔之间的缝隙就不会泄露电磁场的能量。这就表明了 SIW 具有和金属波导相似的传输特性。文献[14-15]对基片集成波导和平面传输线之间的转换以及激励方式进行了相关的研究。这些基础研究对以后运用基片集成波导技术制作各种元器件提供了理论依据。因此，SIW 技术以及前人所作的一些理论研究的基础上，人们利用 SIW 技术制作了许多元器件。其中最开始用 SIW 制作的元器件是带通滤波器，各种各样大量的 SIW 滤波器被人们研发出来。K. A. Zaki 成功运用低温共烧陶瓷来制作类似矩形波导的滤波器，并且在此基础上还研究了多种加脊的 SIW 滤波器，他的这些工作对于基片集成波导滤波器的发展和研究起了开创性的作用[16]。随后，加拿大的吴柯教授所带领的团队针对基于基片集成波导技术的无源器件做了相关的研究，研发出了运用交叉耦合实现的各种单、多层的基片集成波导滤波器[17]，基于基片集成波导技术的单、双模基片集成波导双工器[18]。来自日本的教授 Itoh 等人在基片集成波导元器件的小型化方面做了相关的研究[19]。

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文计的半模基片集成波导滤波器模型和 S 参数的仿真结果图见图 1-2。该设计很好地证明了加载缺陷地的半模 SIW 带通滤波器理论的正确性以及其良好的滤波特性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713

【参考文献】