【摘要】：作為對特定頻率進行選擇的一種器件,濾波器是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié),因而一直作為微波和毫米波專業(yè)各位學(xué)者研究的熱點。濾波器按照結(jié)構(gòu)可分為多類,波導(dǎo)結(jié)構(gòu)最先被研發(fā)出來,其具有低損耗以及高功率等特點,隨后,結(jié)構(gòu)簡單且易加工的微帶結(jié)構(gòu)被有關(guān)學(xué)者提出�；刹▽�(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide,SIW)兼具了波導(dǎo)和微帶結(jié)構(gòu)的共同優(yōu)點,具有高Q值、低損耗和易于和平面結(jié)構(gòu)集成等特點,近二十年來一直受到研究人員的重視并且廣泛應(yīng)用于工程中。隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代社會對小型化器件的追求,濾波器小型化技術(shù)得到了工程界和學(xué)術(shù)界學(xué)者的共同重視。腔體多模技術(shù)作為濾波器小型化的一個研究方向,逐年來不斷地得到提升。本論文以多模理論為基礎(chǔ)設(shè)計了多款SIW濾波器,結(jié)構(gòu)中金屬通孔,金屬盲孔以及縫隙等結(jié)構(gòu)的有效利用使得濾波器的帶寬可控,交叉耦合思想的融入使得濾波器通帶帶內(nèi)選擇性滿足設(shè)計指標,設(shè)計的多款濾波器結(jié)構(gòu)均滿足小型化需求。首先,本文設(shè)計了一款方形三模SIW帶通濾波器。不同于傳統(tǒng)的四周均為金屬通孔的SIW結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)僅雙邊加載通孔,特殊的邊界條件使得TE_(100)模式能夠在腔體中進行傳輸。相較于傳統(tǒng)的以TE_(101)模式作為主模的多模濾波器,TE_(100)模式的有效利用縮小了濾波器體積。此外,腔體內(nèi)部的金屬通孔以及金屬盲孔可以對特定模式的場圖進行擾動從而控制相應(yīng)的諧振頻率,濾波器的帶寬可控。仿真和實測結(jié)果驗證了此模型的可靠性和準確性。其次,設(shè)計了一款三角型半模寬帶濾波器。在之前方形三模濾波器的基礎(chǔ)上將拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,融入了交叉耦合和非對稱饋線的思想,在濾波器通帶兩側(cè)各產(chǎn)生一個傳輸零點,改善了濾波器的通帶選擇性。更進一步地,饋電枝節(jié)端加載的“啞鈴狀”微帶結(jié)構(gòu)以及地面刻蝕的方形槽線結(jié)構(gòu)共同抑制了濾波器高次雜波,濾波器體現(xiàn)了良好的阻帶抑制性能。仿真和實測結(jié)果表明設(shè)計模型的可行性。最后,設(shè)計了一款基于多模理論的SIW雙通帶濾波器。根據(jù)腔體內(nèi)各個工作模式場圖分布的差異,在特定位置加載金屬通孔來對所需頻率點進行調(diào)節(jié)。此外,基質(zhì)板上表面刻蝕的對稱啞鈴形狀的槽線結(jié)構(gòu)能夠?qū)ν◣蛇厒鬏斄泓c進行有效控制。濾波器的兩個通帶帶內(nèi)損耗和通帶選擇性能均良好。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN713
【圖文】：

巴特沃斯響應(yīng)產(chǎn)生的傳輸極點均勻分布于左半部分的單位圓上，有限頻率處沒有傳輸零點生成。圖2.1 巴特沃斯函數(shù)零點和極點位置分布曲線圖2.3.2 切比雪夫響應(yīng)切比雪夫響應(yīng)對應(yīng)的傳輸函數(shù)如式(2-11)所示：

對應(yīng)的零極點分布圖如 2.2 所示，從中可以總結(jié)得出：和巴特沃斯函數(shù)相似，切比雪夫濾波器函數(shù)極點主要分布于左半?yún)^(qū)域，但是分布形狀表現(xiàn)為橢圓。圖2.2 切比雪夫函數(shù)零點和極點位置分布曲線圖2.3.3 橢圓響應(yīng)橢圓函數(shù)的的顯著特征是在參數(shù)曲線的通帶以及阻帶頻率點處波形幅值浮動范圍基本相等，類似于等波紋浮動。橢圓函數(shù)傳輸函數(shù)如下：2212 211 ( )nS F = （j ）(2-12)/22 21/22 2 21( -1 /22 21( 1)/22 2 21( )( / )=( )( / )niins iinniins iiM nFN n n=== = ）為偶數(shù)（ ）為奇數(shù)（ 3）(2-13)其中i s 和 分別表示邊界數(shù)值，M 和N 為定義函數(shù)[29,30]。由函數(shù)曲線圖可以觀察得出，在滿足 1和 ( 1) 1nF = =條件下，函數(shù)nF（ ）的取值范圍江湖介于+1 和-1 之間。假設(shè)濾波器階數(shù) n = 4和 n= 5，繪制了其對應(yīng)的頻率和幅值變化關(guān)系，如圖 2.3 所示。

第二章 基片集成波導(dǎo)基礎(chǔ)理論11圖2.3 橢圓函數(shù)幅值隨頻率變化曲線圖2.4 基礎(chǔ) SIW 腔體模型從本質(zhì)上來說，SIW 結(jié)構(gòu)可看做介質(zhì)填充的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[31]，其結(jié)構(gòu)示意圖如 2.4 所示。經(jīng)典的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)主要包含以下幾個方面：介質(zhì)基板，介質(zhì)基板上下表面印制的金屬層，介質(zhì)基板周圍排列的金屬通孔。金屬通孔直徑通常表示為D，兩通孔中心距離為S ，基質(zhì)板窄邊長度為W ，寬邊為L且高度為h。和矩形波導(dǎo)的傳輸模式有所不同

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本文編號：2797172