基于SIW技术的高选择性带通滤波器的设计与实现

摘要

滤波器作为通信系统前端电路不可或缺的组件，对于整个通信系统而言，其性能的好坏将直接影响到信号的接收，发射以及传播。而随着整个通信系统的不断发展以及完善，对于各个组件的要求也在不断的提高，滤波器也朝着小型化高性能的方向发展。在大量学者几十年的研究过程中，基片集成波导技术（Substrate Integrated Waveguide,SIW）因其独特的结构和电磁特性吸引了滤波器设计者们的目光。SIW其结构既如微带线结构一样，质量轻、体积小、易加工且与平面电路集成方便，又像传统波导一样，辐射损耗小、功率容量大。这些特性使得其可以成为顺应小型化高性能滤波器发展的设计平台。而说到滤波器的高性能，不得不提到滤波器的高选择性，高选择性滤波器可以更加有效的滤除不必要的干扰信号，可以大大提高有用信号的传输效率，然而提高滤波器的选择性最常见的方法就是引入传输零点（Transition Zeros,TZs），而传输零点的获取可以通过交叉耦合，源和负载耦合等方法来实现。本文的主要工作就是研究将SIW技术和交叉耦合以及源和负载耦合等方法相结合设计出具有传输零点的高选择性带通滤波器。 首先，本文简单介绍了滤波器的发展现状以及基本理论知识，包括分类以及基本参数等。 其次，文章又讲解了本文所设计的滤波器的载体SIW，详细介绍分析了其基本结构和特性，并又介绍了两种常见的SIW与微带线的过渡结构，接着又举例说明了三种常用的SIW腔之间的耦合结构，这些都为下文将SIW与交叉耦合理论相结合设计出高选择性滤波器提供了理论基础。 再次，本文介绍了交叉耦合理论，重点介绍了该理论中常见的三谐振器耦合（Coupled Triplet,CT）和四谐振器耦合（Coupled Quadruplet,CQ）结构的相位模型，也以此讨论TZ的位置变化，并通过仿真实例来印证了CT结构相位模型，接着又结合仿真实例讨论了二次模谐振腔对CT结构传输零点位置的影响，最后运用上述方法与SIW相结合利用金属通孔扰动一次模使其频率上升的方法设计出了一款通带两边各具一个传输零点的高选择性带通滤波器。 最后，为了获得频率选择特性更好的滤波器，本文将SIW小型化电耦合谐振器设计思想与源和负载耦合理论以及带阻谐振器结构相结合，设计加工出了两款款具有准椭圆滤波响应的滤波器。本文所设计的三款滤波器均具有较好的频率选择特性，且实验结果与仿真结果吻合较好，具有一定的实用价值。

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第一章 绪论

1.1课题背景与研究意义

1.2研究现状

1.3本文的主要研究工作及结构

第二章 基片集成波导滤波器基础理论

2.1引言

2.2微波滤波器的响应类型及种类

2.3微波滤波器的主要参数指标

2.4基片集成波导的基本结构

2.5 SIW结构与微带线的转换器设计

2.6基片集成波导腔间的耦合方式

2.7本章小结

第三章 SIW交叉耦合滤波器设计

3.1引言

3.2传输零点

3.3交叉耦合的相位模型

3.4平面CT拓扑结构SIW滤波器实例仿真设计

3.5二次模谐振器对传输零点的影响

3.6基于交叉耦合和二次模谐振器的滤波器设计

3.7本章小结

第四章 基于电耦合SIW谐振器结构的准椭圆滤波器设计

4.1引言

4.2基于电耦合SIW谐振器结构的四阶带通滤波器设计

4.3源和负载耦合SIW准椭圆滤波器设计

4.4基于SIW带阻谐振器结构的准椭圆滤波器设计

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

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