太赫兹腔体滤波器设计与分层结构交叉耦合研究

发布时间：2019-12-02 03:20

【摘要】：广义的太赫兹是指0.1THz—10THz频段的电磁波,它下接毫米波,上接远红外频段,主要应用包括雷达、医学成像、天文学、无损检测、安全检查等众多领域,因此,开展太赫兹器件和系统的研究,具有重要的意义。作为一种广泛应用的微波无源器件,太赫兹滤波器的研究正在日益受到关注。本文的研究重点是以滤波器基本理论为基础,对太赫兹滤波电路进行研究,力求通过简洁的结构,完成准确的理论设计,并采用合适工艺完成滤波器实物的制作,首要目标是研究适合太赫兹频段的滤波器结构,在此基础上,提升滤波器的性能。主要研究内容如下:1.了解微机械工艺,包括国内外现有的SU-8厚膜工艺,硅基微机械加工(MEMS),LIGA,深离子反应刻蚀(DRIE),微机械加工等,根据实际情况选取合适的加工工艺。2.设计了两款中心频率300GHz的直接耦合太赫兹波导滤波器。目前,国内外对100GHz以上滤波器的研究并不太多,尤其是300GHz以上的频段,因此本文所做的研究就显得非常必要,同时具备一定的开创性。两款滤波器均采用矩形波导结构,以切比雪夫滤波器为原型,基于耦合矩阵原理和耦合系数进行设计。其中一款滤波器为四腔梳状结构,中心频率300GHz,带宽10GHz,通带内回波损耗大于20dB,插入损耗小于0.1dB,距中心频率2倍带宽处的抑制分别为49dB和35dB。另一款为三腔E面金属膜片结构,中心频率300GHz,带宽10GHz,通带内回波损耗大于20dB,插入损耗小于0.1dB,距中心频率2倍带宽处的抑制分别为33dB和17dB。3.设计了两款具有传输零点的交叉耦合分层结构波导滤波器。由于太赫兹频率很高,造成相应器件尺寸非常小,滤波器的耦合结构对尺寸极其敏感,导致交叉耦合的实现非常困难,本文所设计的这两款滤波器在太赫兹频段实现了交叉耦合,极大的改善了滤波器的带外性能,具有极其重要的指导意义。两款滤波器均采用CQ拓扑结构,以四阶切比雪夫滤波器为原型,基于耦合矩阵原理和耦合系数进行设计。其中一款滤波器为四腔CQ矩形波导结构,主耦合采用H面偏移结构,交叉耦合通过1、4谐振腔之间的电耦合实现,中心频率300GHz,带宽10GHz,通带内回波损耗大于20dB,插入损耗小于0.1dB,传输零点位于290GHz和311GHz,抑制度均大于60dB。另一款为四腔CQ圆波导结构,主耦合通过在圆柱侧壁开窗口实现,交叉耦合通过1、4谐振腔之间的电耦合实现,中心频率100GHz,带宽4GHz,通带内回波损耗大于20dB,插入损耗小于0.1dB,传输零点位于96GHz和107GHz处,抑制度分别为64dB和83dB。本文通过研究太赫兹滤波电路的理论和工艺,成功设计了100GHz和300GHz的交叉耦合分层结构太赫兹滤波器和300GHz的直接耦合太赫兹滤波器,对太赫兹器件的发展具有一定的促进作用。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713
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本文编号：2568619