發(fā)布時(shí)間：2020-08-19 14:00

【摘要】：作為對特定頻率進(jìn)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(diǎn)。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(diǎn),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(diǎn),具有高Q值、低損耗和易于和平面結(jié)構(gòu)集成等特點(diǎn),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(huì)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(gè)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(jì)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(jì)指標(biāo),設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jìn)行擾動(dòng)從而控制相應(yīng)的諧振頻率,濾波器的帶寬可控。仿真和實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證了此模型的可靠性和準(zhǔn)確性。其次,設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(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(gè)傳輸零點(diǎn),改善了濾波器的通帶選擇性。更進(jìn)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(shí)測結(jié)果表明設(shè)計(jì)模型的可行性。最后,設(shè)計(jì)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(gè)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行有效控制。濾波器的兩個(gè)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(hào)】：TN713
【圖文】：

巴特沃斯響應(yīng)產(chǎn)生的傳輸極點(diǎn)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(diǎn)生成。圖2.1 巴特沃斯函數(shù)零點(diǎn)和極點(diǎn)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(diǎn)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?yàn)V波器函數(shù)極點(diǎn)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(diǎn)和極點(diǎn)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(diǎn)處波形幅值浮動(dòng)范圍基本相等，類似于等波紋浮動(dòng)。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(gè)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(hào)：2797172