基片集成波導與其它平面結(jié)構(gòu)在濾波器設計中的應用研究.pdf

1、隨著無線通信日新月異的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)正趨向于小型化、高可靠性、多功能、低成本方面發(fā)展。同時，人們對系統(tǒng)級封裝(Systemin Package，SiP)中各類微波無源元件尤其是濾波器的需求越來越強烈。因此，探索系統(tǒng)級封裝中無源元器件的綜合方法，解決元器件高性能與高密度集成之間的矛盾，研發(fā)系統(tǒng)級封裝可集成的多層嵌入式高性能小型化元器件已經(jīng)變得非常重要。本文針對基片集成波導(Substrate Integrated Waveguide，

2、sIw)和其它平面諧振器(PlanarResonator)，以及多種新穎的拓撲結(jié)構(gòu)展開系統(tǒng)的研究，并且實現(xiàn)了多種高性能、小型化的濾波器和雙工器等無源器件。
　　本文主要的研究工作和創(chuàng)新點歸納如下:
　　(1)從窄帶濾波器的耦合諧振器理論出發(fā)，推導出頻變混合電、磁耦合系數(shù)的表達形式，可以快速由耦合系數(shù)矩陣直接得到理論頻率響應;并將其成功運用于微帶濾波器的設計中。
　　(2)首次將混合耦合的概念引入到SIW濾波器設計中。利

3、用蛇形槽線結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)SIW腔之間混合耦合，從而在三階SIW濾波器中得到準橢圓特性;進而在四階濾波器中實現(xiàn)額外零點用來抑制第一個寄生通帶。為了實現(xiàn)SIW結(jié)構(gòu)的小型化，利用刻蝕在基片集成波導表面的共面波導(Co-Planar Waveguide，CPW)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)混合耦合，同時CPW在結(jié)構(gòu)中被視為諧振器。
　　(3)結(jié)合基片集成波導與微帶諧振器，利用兩個開口環(huán)諧振器來實現(xiàn)SIW濾波器的混合源和負載耦合，從而在一個三階SIW濾波器中得到

4、四個傳輸零點?；诖祟愸詈贤負浣Y(jié)構(gòu)，進而利用低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fire Ceramic，LTCC）工藝設計并實現(xiàn)了高性能的雙工器。
　　(4)提出一類T隔板SIW諧振器，相對于折疊和脊波導結(jié)構(gòu)，具有比較靈活的T隔板寬度和高度;利用橫向諧振法分析了T隔板SIW結(jié)構(gòu)基模和高次模的截止頻率;基于LTCC工藝成功設計實現(xiàn)一款具有準橢圓特性的T隔板SIW濾波器，具有緊湊的幾何尺寸和較為優(yōu)越的諧波抑制特性。<

5、br>　　(5)基于折疊SIW和消逝模耦合理論，設計并實現(xiàn)了兩種SIW雙通帶濾波器;其兩個通帶的帶寬可以分別進行獨立控制;其通帶中心頻率比可以任意調(diào)節(jié)，突破了SIW諧振器雙通帶濾波器的極限，并且元件面積大大減小。
　　(6)通過在SIW雙模腔體表面金屬上刻蝕CPW結(jié)構(gòu)，從而引入非諧振節(jié)點的概念，進而間接的實現(xiàn)源和負載耦合，改善了其頻率選擇特性，且CPW諧振頻率遠離中心頻率，不會對通帶性能產(chǎn)生影響。
　　(7)針對傳統(tǒng)微帶雙模

6、結(jié)構(gòu)濾波器特性，提出了一種緊湊型的三模諧振器結(jié)構(gòu)。雙模濾波器會產(chǎn)生一個在低頻或者高頻端的傳輸零點，此處利用三模結(jié)構(gòu)實現(xiàn)準橢圓特性;折疊型的、T型枝節(jié)線使得整個濾波器結(jié)構(gòu)更加緊湊;由于輸入輸出線的抑制作用，該結(jié)構(gòu)擁有更好的諧波特性。
　　(8)研究了微帶諧振器與基片集成波導之間的耦合機理，在SIW濾波器中引入單模和雙模微帶諧振器，從而大大減小該類無源器件的面積;提出一種由多個低階拓撲結(jié)構(gòu)組成的高階濾波器模型，元件具有陡峭的頻率選擇特