發(fā)布時間：2020-11-13 13:57

　　 在第五代(5G)移動通信系統(tǒng)中需要具有高性能的微波和毫米波濾波器以實現(xiàn)高傳輸效率。不幸的是,由金屬波導(dǎo)設(shè)計的濾波器不再適用于高度集成的小型模塊和系統(tǒng);微帶濾波器抗電磁干擾弱,輻射泄漏嚴重,傳輸損耗大,引起強烈的信號干擾,降低了 5G傳輸效率;但是,傳輸TE模式的基片集成波導(dǎo)(SIW)濾波器是集成和小型化的一種選擇,同時,本文提出了一種新型的集成基片間隙波導(dǎo)(ISGW)結(jié)構(gòu),采用多層基板集成,利用人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自封裝功能,是設(shè)計小型化集成微波和毫米波濾波器的一大優(yōu)勢。本論文將ISGW技術(shù)與混合電磁耦合相結(jié)合,完成了以下關(guān)于濾波器研究和設(shè)計的工作:(1)通過倒置微帶線法和HFSS本征模色散法測量和分析電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)的帶阻特性。通過分析電介質(zhì)板厚度,介電常數(shù),損耗角正切,周期性單元周期,金屬通孔直徑和介質(zhì)基板上的圓形金屬貼片直徑,得到了EBG帶隙的最佳設(shè)計。上述參數(shù)變化的影響規(guī)律,將用于設(shè)計ISGW和后續(xù)的濾波器。(2)采用LC電路將(1)中EBG結(jié)構(gòu)進行等效,通過帶隙的中心頻率和帶寬的計算表達式來解釋歸納了帶隙變化的機理。利用該帶隙結(jié)構(gòu)的阻帶特性設(shè)計了兩款介質(zhì)層數(shù)和微帶線布置方式不同的集成基片間隙波導(dǎo)。通過實驗證實兩款波導(dǎo)在K、Ka波段上具有良好的傳輸特性,在傳輸準TEM模式下并實現(xiàn)了自我封裝。(3)采用與K倒置變換器特性相反的J倒置變換器對混合電磁耦合模型進行電路等效分析。并結(jié)合金屬通孔與縫隙混合耦合的濾波器,分析金屬通孔和縫隙分別對傳輸零點位置和通帶的影響;通過本征模式求解分析加載金屬通孔的諧振腔場結(jié)構(gòu)和諧振頻率的變化,得出了通孔所在位置和自身尺寸大小對諧振頻率及激勵模式的影響規(guī)律。從等效電路理論出發(fā)分析了縫隙的等效電感和等效電容對傳輸零點位置及帶外抑制性能的影響。(4)基于集成基片間隙波導(dǎo)技術(shù)和上述研究,采用金屬通孔和倒“U”型縫隙級聯(lián)的方式,提出了一款具有雙傳輸零點和寬阻帶的寬頻帶通濾波器。該濾波器通帶內(nèi)回波損耗在-17dB以下,插入損耗小于1.5dB。通孔耦合使得中心頻率處于18GHz處,3dB帶寬為5.82GHz,因此相對帶寬比為32.2%�；旌想姶篷詈蠈崿F(xiàn)了兩個傳輸零點(TZ)分別在14GHz和22.8GHz處;利用縫隙耦合實現(xiàn)8GHz-14GHz的寬下阻帶以及22.8GHz-30GHz的寬上阻帶,帶外抑制達到-30dB或更低;在15.02GHz到20.84GHz頻帶內(nèi)群延時穩(wěn)定保持在0.4ns到0.5ns。該濾波器采用對稱,簡單,靈活的結(jié)構(gòu),低成本材料設(shè)計,并具有良好的傳輸性能。最后,加工并測試濾波器,由于實驗誤差和組裝工藝精度,測試結(jié)果在阻帶中略差,但其他性能與仿真基本一致。
【學(xué)位單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN713;TN929.5
【部分圖文】：

己被認為是毫米波電路和系統(tǒng)的低成本大規(guī)模生產(chǎn)的可靠選擇，提出了?ＳＩＷ的概??念，通過金屬化通孔柱周期排列，可以在單個介質(zhì)基板上完成平面電路和波導(dǎo)濾波??器的完全集成｜：１。如圖１．３所不，基片集成波導(dǎo)（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ丨ｎｔｅｇｒａｔｅｄ?Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，??ＳＩＷ）是一種新型平面波導(dǎo)，結(jié)合了微帶傳輸線和金屬波導(dǎo)的特性，ＳＩＷ技術(shù)的出??現(xiàn)為毫米波系統(tǒng)的發(fā)展和進步開辟了一個新的局面。??金厲過孔??圖１．３?ＳＩｆｆ結(jié)構(gòu)??３??

圖１．３?ＳＩｆｆ結(jié)構(gòu)??

釘排列在金屬波導(dǎo)內(nèi)部，按照一定的導(dǎo)波方向結(jié)合微帶電路進行電磁波傳播，被其??稱之為間隙波導(dǎo)（Ｇａｐ?Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，?ＧＷ）技術(shù)，其傳播準ＴＥＭ模式便于和其他電??路集成ｔ４］。如圖１．４所示，間隙波導(dǎo)技術(shù)中最常見的兩種波導(dǎo)，一種是脊間隙波導(dǎo)??（Ｒｉｄｇｅ?Ｇａｐ?Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，?ＲＧＷ），另外一■種是槽間隙波導(dǎo)（Ｇｒｏｏｖｅ?Ｇａｐ?Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，??ＧＧＷ）。??１?ＮＳＶ?Ａｉｒ?ｇａｐ??ｐｅｃ－ａｍｃ?”?ｐｅｃ－ａｍｃ?？?．礙＊?；?ＰＥＣ－ＡＭＣ?—ＰＥＣ－ＡＭＣ?／?；??０ｕｌｌｉ?釋?麵??全料．傳ＳＴＥＭ?－Ｌ?榷間ｌ？．傳？＾?，ＰＥＣ，??圖１．４間隙波導(dǎo)（Ｇｆｆ）結(jié)構(gòu)??上圖１．４的兩種間隙波導(dǎo)使用周期性金屬銷釘引腳形成人工磁導(dǎo)體（ＡＭＣ）??以模擬完純的磁導(dǎo)體，當(dāng)氣隙高度小于波長的四分之一時，ＰＥＣ與ＡＭＣ之間產(chǎn)生??高阻抗特性，導(dǎo)致不能傳播電磁波，只有在ＰＥＣ與ＰＥＣ之間能傳播電磁波。通過??在一條凹槽或者一塊脊結(jié)構(gòu)與上層的ＰＥＣ層進行傳播，能夠使電路處于全封閉，??與微帶電路結(jié)合使用能大大改善微帶線傳輸?shù)膫鞑p耗和抗干擾能力。但是，周期??性的金屬銷釘達到一定數(shù)量級，基于這種波導(dǎo)的濾波器體積和質(zhì)量將又回到金屬??波導(dǎo)時代。同時由于加工的精度和器件組裝的誤差可能會導(dǎo)致不穩(wěn)定的槽間隙和??４??
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本文編號：2882268