基片集成波導(dǎo)與其它平面結(jié)構(gòu)在濾波器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信日新月異的發(fā)展，無(wú)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(shí)，人們對(duì)系統(tǒng)級(jí)封裝(Systemin Package，SiP)中各類微波無(wú)源元件尤其是濾波器的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。因此，探索系統(tǒng)級(jí)封裝中無(wú)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(jí)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(duì)基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide，

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

3、用蛇形槽線結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)SIW腔之間混合耦合，從而在三階SIW濾波器中得到準(zhǔn)橢圓特性;進(jìn)而在四階濾波器中實(shí)現(xiàn)額外零點(diǎn)用來(lái)抑制第一個(gè)寄生通帶。為了實(shí)現(xiàn)SIW結(jié)構(gòu)的小型化，利用刻蝕在基片集成波導(dǎo)表面的共面波導(dǎo)(Co-Planar Waveguide，CPW)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)混合耦合，同時(shí)CPW在結(jié)構(gòu)中被視為諧振器。
　　(3)結(jié)合基片集成波導(dǎo)與微帶諧振器，利用兩個(gè)開(kāi)口環(huán)諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)SIW濾波器的混合源和負(fù)載耦合，從而在一個(gè)三階SIW濾波器中得到

4、四個(gè)傳輸零點(diǎn)?；诖祟愸詈贤?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而利用低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fire Ceramic，LTCC）工藝設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了高性能的雙工器。
　　(4)提出一類T隔板SIW諧振器，相對(duì)于折疊和脊波導(dǎo)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一款具有準(zhǔn)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(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兩種SIW雙通帶濾波器;其兩個(gè)通帶的帶寬可以分別進(jìn)行獨(dú)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(guò)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(diǎn)的概念，進(jìn)而間接的實(shí)現(xiàn)源和負(fù)載耦合，改善了其頻率選擇特性，且CPW諧振頻率遠(yuǎn)離中心頻率，不會(huì)對(duì)通帶性能產(chǎn)生影響。
　　(7)針對(duì)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)在低頻或者高頻端的傳輸零點(diǎn)，此處利用三模結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)橢圓特性;折疊型的、T型枝節(jié)線使得整個(gè)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(dǎo)之間的耦合機(jī)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(wú)源器件的面積;提出一種由多個(gè)低階拓?fù)浣Y(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