基片集成波導小型化無源器件研究.pdf

1、隨著人們對無線技術尤其是移動通信技術需求的日益增長，現(xiàn)代電子系統(tǒng)朝著集成化、小型化、低成本、多模等趨勢發(fā)展。而各種模式電子系統(tǒng)的應用，使得電磁空間更加復雜，為有效選擇所需信號同時減小帶外干擾，研究小型化、高性能的微波無源器件成為熱點?；刹▽В⊿ubstrate Integrated Waveguide, SIW）是新型平面類導波結(jié)構(gòu)，具有相對較高的品質(zhì)因數(shù)，傳輸損耗較小，同時封閉結(jié)構(gòu)使得其輻射損耗低、隔離度高。目前， SIW已成為

2、微波毫米波電路設計的一個重要選擇，但由于SIW類似于波導，具有截止頻率，在具體應用時占據(jù)較大的電路面積，制約了它在微波特別是微波低頻段中的應用。
　　本文針對SIW無源器件的小型化問題展開系統(tǒng)的研究，并完成了多種小型化、高性能的微波毫米波無源器件的設計。本文的主要研究工作及創(chuàng)新點如下：
　　(1)提出了一種新型缺陷地結(jié)構(gòu)（Defected Ground Structure,DGS），并將其應用到SIW結(jié)構(gòu)中。該DGS采用了發(fā)

3、卡型結(jié)構(gòu)，有效提高了等效電容，同時并聯(lián)的短枝節(jié)線則有效減小了等效電感，從而降低了損耗，與其他DGS結(jié)構(gòu)相比，本文所提出的結(jié)構(gòu)具有更高Q值，在阻帶頻率上的抑制深度和陡峭度具有明顯優(yōu)勢。首先，結(jié)合SIW結(jié)構(gòu)的高通性質(zhì)和DGS的低通特性形成帶通響應，DGS所產(chǎn)生的慢波效應則使得電路更加緊湊，同時由于通帶內(nèi)處于傳輸模式，故在通帶內(nèi)具有較低的插入損耗和良好的回波性能。其次，針對傳統(tǒng)SIW功分器輸出端口隔離度較低的問題，本文在傳統(tǒng)魔T的基礎上設計了

4、一種加載所提出的DGS的SIW功分器，該設計克服了傳統(tǒng)SIW功分器輸出端口隔離度低的問題，同時具有低損耗、尺寸小的優(yōu)點。
　　(2)提出了一種混合基片集成波導諧振結(jié)構(gòu)（Hybrid Substrate Integrated Waveguide,HMSIW），通過將金屬帶線嵌入到SIW腔體中，從而使得該諧振結(jié)構(gòu)存在兩種基本諧振模式：TEM模和101TE模。利用這種諧振結(jié)構(gòu)設計了一款新型濾波器，兩個模式分別形成一個通帶，得到了雙通帶濾

5、波響應。由于兩個工作模式不相關，二者相互間的耦合可以忽略，故兩個通帶可獨立設計。同時，由于帶線結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌于SIW腔體內(nèi)部，不占據(jù)額外的電路面積，有利于小型化設計。另外，若帶線的諧振頻率接近于SIW腔體諧振頻率，由于帶線結(jié)構(gòu)諧振時的相位翻轉(zhuǎn)效應，根據(jù)信號相消的原理，在濾波器的阻帶產(chǎn)生傳輸零點。此時，帶線結(jié)構(gòu)相對于SIW諧振腔來說處于非諧振狀態(tài)，可以看成非諧振節(jié)點，但是傳統(tǒng)的非諧振節(jié)點技術采用的是單模結(jié)構(gòu)，故僅能夠產(chǎn)生一個傳輸零點，本文創(chuàng)新性

6、地采用具有多諧振特性的階梯阻抗諧振器，可形成兩個或者多個傳輸零點。該設計突破了傳統(tǒng)單模非諧振節(jié)點對零點個數(shù)的限制，擴展了非諧振節(jié)點在高選擇性濾波器的應用，同樣由于帶線結(jié)構(gòu)不占據(jù)電路面積，有利于電路的小型化。
　　(3)設計了一種基于四分之一模基片集成波導（Quarter-modeSIW,QMSIW）和共面波導（Co-planar Waveguide,CPW）的混合結(jié)構(gòu)，并采用該結(jié)構(gòu)進行高選擇性小型化濾波器的設計。該混合結(jié)構(gòu)將CPW

7、諧振器蝕刻于兩個QMSIW諧振器的耦合窗口位置，CPW諧振器工作于諧振狀態(tài)，拓展了濾波器的工作帶寬，而且CPW引入了額外的電耦合，從而產(chǎn)生了帶外零點，有力增強了頻率選擇性。同時，由于CPW蝕刻在QMSIW的耦合窗口位置，不會增加電路的面積，有益于電路的小型化。另外，為進一步增強頻率選擇性，將混合源負載耦合應用于濾波器設計中，與傳統(tǒng)的源負載耦合結(jié)構(gòu)相比，混合源負載耦合結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生額外的傳輸零點，提高了濾波器的頻率選擇性。
　　(4)

8、提出了一種雙?；パa開口環(huán)諧振器（Complimentary Split Ring Resonator,CSRR）結(jié)構(gòu)，并將其應用于半膜基片集成波導（Half Mode SIW,HMSIW）無源電路中。傳統(tǒng)CSRR結(jié)構(gòu)加載到SIW中可形成左手傳輸線，使得傳輸信號的頻率遠小于SIW的截止頻率，從而有利于器件的小型化。但其不足的是工作帶寬較窄、插入損耗高。本文基于傳統(tǒng)雙模諧振器，創(chuàng)新性地將雙模諧振器的概念應用于互補諧振器中，形成了雙模互補諧振