新型半模SIW带通滤波器的研究与优化设计

发布时间：2020-09-21 21:05

　　随着无线电科学技术的蓬勃发展,使得无线通信行业对小型化、多功能、低成本的通信设备的要求不断提高。而无源滤波器作为微波射频系统中必不可少的电子元器件之一,其设计的方法、结构以及材料等方面也在不断丰富和完善。目前,基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide-SIW)作为一种新的导波结构,因其具有高Q值(品质因数)、高功率容量、体积小和低插入损耗等众多优点而被广泛应用于射频系统中。尤其是半模基片集成波导(Half-mode Substrate Integrated Waveguide-HMSIW),它在继承了 SIW滤波器众多优点的同时,还兼具体积减半的特点,从而能被有效的应用于微波毫米波的电路设计。本文主要研究HMSIW技术和电磁带隙(Electromagnetic Band Gap-EBG)以及互补开口谐振环(Complementary Split-ring Resonator-CSRR)等平面结构技术在滤波器设计中的应用,并且设计了两种不同结构的带通滤波器。同时,研究该两种滤波器的结构和设计方法对其传输特性的影响。本文的主要研究工作如下:首先,介绍了滤波器的基本理论,包括四种基本滤波器的相关理论,其次介绍SIW和HMSIW的基本结构和传输特性,并且总结该类型滤波器的基本设计原理和方法。其次,本文以SIW基本结构和设计原理为基础,设计了一种新型HMSIW结构滤波器。通过在输入、输出线两边添加EBG结构,可有效地增强了滤波器上边频陡峭程度,从而提高了滤波器的矩形系数K。文中详细的介绍了两种滤波器的设计步骤和仿真结果,并加工成实物进行实际测试对比分析。最后,本文在传统结构的基础上同时增加CSRR和DGS两种平面结构,设计了一种小型化HMSIW结构的滤波器,它能够实现双通带滤波特性。本文研究了该滤波器的传输特性,并对其进行加工成实物,最后的测试结果与研究的仿真结果基本一致,验证了其结构设计的正确性。
【学位单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713.5
【部分图文】：

频率特性,理想状态,带阻滤波器,衰减量

逦（ｂ）带阻滤波器逡逑图２．邋１理想状态下的四种基本滤波器频率特性逡逑图２．１邋（ａ）表示的是低通滤波器的频率特性，当0邋＝邋０到之间，衰减逡逑值为零，这种情况称为通带状态。当频率在？逦的范围内时，其衰减量为ｐ，？，逡逑这段区域称为阻带。其中，０为角频率，？ｉ为截止频率。逡逑８逡逑

等效电路模型,带通滤波器

来的结果只适用于一些特定的场合，设计者可以很容易的从对应的设计表格中通逡逑过查阅的方式获取各个元件的归一化参数。逡逑图２．１邋（Ｃ）展示的是带通滤波器的衰减特性，该模型的衰减特性是由低通模逡逑型经过基本变换可得：逡逑0）＇邋＝邋—＝N！邋—，逦（２－６）逡逑Ｃ0２－Ｃ0ｘｙ邋＃癌g篨付ｈ\0rP剩rP祝鈿g鸿\0埃rP茫希rP剩]3?上式中，岣＝７＾表示带通滤波器的中心频率，ｗ邋＝逦表示其相对逡逑＾０逡逑带宽。特征频率点与之对应关系由下表２－１可得：逡逑表２－１由低通向带通频率转换表逡逑0逦0逦？５ｌ逦？１逦叫逦（0２逦？，２逦°°逡逑－１邋0邋１邋？；２邋００逡逑表中：逡逑＜邋＝N逦＝N（２－７）逡逑Ｗ［ｃｕ０逦５２邋Ｗ｛ｃｏ０邋ｃｏｓ２）逡逑若提前知道低通滤波器模型中每个元件的归一化值，用ｚｓｌ，＜ｊｎ邋ｉｓ２，＜２逐一逡逑９逡逑

阻抗变换器,电感,低通滤波器,原型

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