关键词:
基片集成波导
带通滤波器
多模谐振器
小型化
混合结构
摘要:
近年来,随着信息技术的飞速发展,射频通信系统对滤波器的需求显著增加。在频谱资源日益紧张和通信设备小型化的背景下,高性能平面滤波器需要具备高选择性、尺寸紧凑和宽阻带等特性。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)因其高品质因数(Quality Factor,Q值)和高集成度,在微波滤波器设计中得到了广泛应用。然而,SIW结构本身存在平面尺寸较大、高次模式较多等问题,限制了其在宽带应用中的性能表现。
针对这些问题,本文重点研究了SIW滤波器的小型化和高选择性设计。通过对SIW腔体模式分布和耦合机制的深入分析,对半模和折叠设计方法进行研究,有效减小了滤波器的体积。同时,结合多种平面谐振器,引入多样化的耦合方式,灵活构建通带,并通过设计耦合结构产生传输零点,提升了滤波器的选择性。
基于上述分析,本文首先基于折叠基片集成波导结构(Folded Substrate Integrated Waveguide,FSIW)设计了两款带通滤波器。第一款滤波器采用半模基片集成波导(Half Mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)腔体并进行折叠设计,不仅进一步缩小了尺寸,还实现了谐振频率的灵活调节。通过分析腔体模式分布,设计了与微带谐振器的耦合结构,在构建通带的同时,实现交叉耦合的拓扑,产生传输零点提高选择性。此外,该耦合结构还抑制了高次模的传输,扩展了阻带范围。第二款滤波器在堆叠SIW腔体中引入贴片谐振器,通过奇偶模分析,实现了对模式的独立调控,并结合源-负载耦合结构引入传输零点,进一步提升了选择性。
此外,本文还探索了基于FSIW腔体内多模响应的研究,设计了一款双通带滤波器。FSIW腔体在不同谐振模式下的电场分布、传输极点与传输零的分布特性,以及不同模式下的耦合拓扑结构。在此基础上,通过在FSIW结构中合理布置两个微带线谐振器和一个圆形贴片谐振器,构建了混合双频带通滤波器架构,实现了两个独立的通带,并通过引入交叉耦合有效增强了频率选择性。
在上述工作基础上,本文又探究了SIW技术在更多方面设计的应用。利用堆叠SIW腔体之间的垂直耦合结构,针对不同模式设计了专用的耦合路径,开发了一款双工器。双工器通过堆叠开槽SIW腔体,针对不同模式的场分布分别构建耦合路径;通过八分之一模SIW腔体耦合的带通滤波器与微带线结构的带阻滤波器混合,进行了无反射滤波器的设计。
本文通过对SIW腔体模式的深入分析,结合多种谐振器和耦合结构,展示了滤波器设计的灵活性和多样性,为高性能滤波器的小型化和高选择性提供了新的思路和方法。