基片集成波導(dǎo)小型化無(wú)源器件研究.pdf

1、隨著人們對(duì)無(wú)線技術(shù)尤其是移動(dòng)通信技術(shù)需求的日益增長(zhǎng)，現(xiàn)代電子系統(tǒng)朝著集成化、小型化、低成本、多模等趨勢(shì)發(fā)展。而各種模式電子系統(tǒng)的應(yīng)用，使得電磁空間更加復(fù)雜，為有效選擇所需信號(hào)同時(shí)減小帶外干擾，研究小型化、高性能的微波無(wú)源器件成為熱點(diǎn)?；刹▽?dǎo)（Substrate Integrated Waveguide, SIW）是新型平面類導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有相對(duì)較高的品質(zhì)因數(shù)，傳輸損耗較小，同時(shí)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(shè)計(jì)的一個(gè)重要選擇，但由于SIW類似于波導(dǎo)，具有截止頻率，在具體應(yīng)用時(shí)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(yīng)用。
　　本文針對(duì)SIW無(wú)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(wú)源器件的設(shè)計(jì)。本文的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)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(yīng)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(shí)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(shì)。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(yīng)，DGS所產(chǎn)生的慢波效應(yīng)則使得電路更加緊湊，同時(shí)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(duì)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(chǔ)上設(shè)計(jì)了

4、一種加載所提出的DGS的SIW功分器，該設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)SIW功分器輸出端口隔離度低的問題，同時(shí)具有低損耗、尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。
　　(2)提出了一種混合基片集成波導(dǎo)諧振結(jié)構(gòu)（Hybrid Substrate Integrated Waveguide,HMSIW），通過(guò)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(shè)計(jì)了一款新型濾波器，兩個(gè)模式分別形成一個(gè)通帶，得到了雙通帶濾

5、波響應(yīng)。由于兩個(gè)工作模式不相關(guān)，二者相互間的耦合可以忽略，故兩個(gè)通帶可獨(dú)立設(shè)計(jì)。同時(shí)，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(shè)計(jì)。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(shí)的相位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，根據(jù)信號(hào)相消的原理，在濾波器的阻帶產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)。此時(shí)，帶線結(jié)構(gòu)相對(duì)于SIW諧振腔來(lái)說(shuō)處于非諧振狀態(tài)，可以看成非諧振節(jié)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的非諧振節(jié)點(diǎn)技術(shù)采用的是單模結(jié)構(gòu)，故僅能夠產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，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(gè)或者多個(gè)傳輸零點(diǎn)。該設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)單模非諧振節(jié)點(diǎn)對(duì)零點(diǎn)個(gè)數(shù)的限制，擴(kuò)展了非諧振節(jié)點(diǎn)在高選擇性濾波器的應(yīng)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(shè)計(jì)了一種基于四分之一?；刹▽?dǎo)（Quarter-modeSIW,QMSIW）和共面波導(dǎo)（Co-planar Waveguide,CPW）的混合結(jié)構(gòu)，并采用該結(jié)構(gòu)進(jìn)行高選擇性小型化濾波器的設(shè)計(jì)。該混合結(jié)構(gòu)將CPW

7、諧振器蝕刻于兩個(gè)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(diǎn)，有力增強(qiáng)了頻率選擇性。同時(shí)，由于CPW蝕刻在QMSIW的耦合窗口位置，不會(huì)增加電路的面積，有益于電路的小型化。另外，為進(jìn)一步增強(qiáng)頻率選擇性，將混合源負(fù)載耦合應(yīng)用于濾波器設(shè)計(jì)中，與傳統(tǒng)的源負(fù)載耦合結(jié)構(gòu)相比，混合源負(fù)載耦合結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生額外的傳輸零點(diǎn)，提高了濾波器的頻率選擇性。
　　(4)

8、提出了一種雙?；パa(bǔ)開口環(huán)諧振器（Complimentary Split Ring Resonator,CSRR）結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于半膜基片集成波導(dǎo)（Half Mode SIW,HMSIW）無(wú)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(hào)的頻率遠(yuǎn)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(yīng)用于互補(bǔ)諧振器中，形成了雙模互補(bǔ)諧振