基于基片集成波導的寬帶帶通濾波器和Fabry-Perot諧振天線研究.pdf

1、隨著基片集成波導(SIW)結構基礎理論研究的不斷發(fā)展完善，各種基于SIW的有源及無源器件研究工作進展迅速。濾波器（尤其是帶通濾波器）和天線是其中兩個重要的研究內容，也是無線通信系統(tǒng)中必不可少的兩個重要元件:天線負責發(fā)射和接受信號;濾波器需要濾除鏡頻一類的干擾信號，抑制雜散信號，以保證所需的頻段上信息的完整性和正確性。超寬帶(UWB)系統(tǒng)因其高速率數(shù)據(jù)傳輸、低能量密度和低傳輸能量的特點得到廣泛應用，而UWB帶逋濾波器是其中的一個關鍵元件，

2、高選擇性的寬帶帶通濾波器可用來抑制不需要的信號，并改善UWB系統(tǒng)的性能。在高速的WLAN、衛(wèi)星信號接收以及各種點對點無線連接應用中，都需要低成本的高增益平面天線。傳統(tǒng)的通過天線陣列實現(xiàn)高增益的方法，要求復雜的饋電網(wǎng)絡，并且影響天線效率，而Fabry-Perot(FP)諧振天線只需單個饋源即可實現(xiàn)高增益，因此受到廣泛的關注。本文將基于基片集成波導結構，研究和分析高選擇性的UWB帶通濾波器和低剖面的基板集成Fabry-Perot諧振天線。<

3、br>　　首先綜述了基片集成波導結構在濾波器設計中的應用和發(fā)展、Fabry-Perot諧振天線的發(fā)展歷史和趨勢。論文的第四章介紹了Fabry-Perot諧振天線的基本理論和工作原理，推導了雙側部分反射板組成的和單側部分反射板的兩種形式的Fabry-Perot諧振天線的基本特征參數(shù)，并對其實現(xiàn)低剖面化的機理進行了分類分析。論文的第二、三、五章分別針對IADGS級聯(lián)HMSIW的高選擇性超寬帶濾波器、SIW/HMSIW加載ADGS的高選擇性寬

4、帶濾波器和SIW槽饋電的基板集成亞波長Fabry-Perot諧振天線進行了分析和研究。
　　級聯(lián)高通/低通濾波器法是設計UWB帶通濾波器的一種最直觀的方法。論文首先介紹了具有準橢圓函數(shù)低通濾波特性的非對稱缺陷地結構(ADGS)，并對改進型的非對稱缺陷地結構(IADGS)通帶內回波損耗和帶外抑制的改善，做出了合理的理論解釋，進而給出了具有高截止頻率的IADGS單元的設計步驟。接著，設計了多個IADGS單元組成的高選擇性低通濾波器，并

5、級聯(lián)具有較寬純主模工作頻帶的HMSIW高通結構，實現(xiàn)了通帶約為5.8-10.6GHz的高選擇性UWB帶通濾波器。
　　ADGS結構單元可直接應用到SIW的頂層或底層的金屬寬邊的中心線上，也可蝕刻在HMSIW的開放邊界對應的金屬地附近，同樣能在高頻端表現(xiàn)出準橢圓函數(shù)的帶阻特性。這樣就在天然高通的導波結構中加載了低通結構單元，或者叫帶隙結構單元，可用來實現(xiàn)寬帶的帶通濾波器，結構更加緊湊。通過HMSIW加載ADGS單元同樣實現(xiàn)了通帶約為

6、5.8-10.6GHz的高選擇性UWB帶通濾波器，SIW上層金屬寬邊加載ADGS則實現(xiàn)了具有高選擇性的30％分數(shù)帶寬C波段帶通濾波器。
　　最后提出并研究了一種新型的SIW槽饋電的基板集成亞波長Fabry-Perot諧振天線。采用基片集成波導上層金屬寬邊開縱槽的激勵形式，結合部分反射人工磁導體以及介質基板填充腔，有效地降低了天線高度以適應普通PCB電路系統(tǒng)的要求。為進一步降低天線高度，空氣腔被介質基片填充，形成一種新型的結構穩(wěn)定的

7、全基片集成的FP諧振天線，便于與電路板集成。研究分析了基片集成波導縱槽饋電形式對天線增益和增益帶寬的影響，與傳統(tǒng)的長微帶激勵的貼片饋源形式相比，基片集成波導雙縱槽饋源使得FP諧振天線的主波束方向保持在正方向上，并且隨頻率變化不敏感;歐姆損耗和介質損耗都有明顯的減小，提高了天線的輻射效率。仿真和實驗結果都表明，該天線具有低剖面、高增益、高效率和穩(wěn)定的正方向輻射等一系列優(yōu)點。同時，易于與電路板系統(tǒng)集成和結構魯棒性好的特點又使其便于大規(guī)模的低