W波段基片集成滤波器的研究

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伴随着无线通信系统的高速发展,W波段(W-Band,75-110GHz)由于具有超宽的频带资源而被广泛关注。毫米波滤波器是W-Band无线系统的关键模块之一,近年来受到国内外学者的广泛关注,本文基于基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)技术,对低成本W-Band平面滤波器进行了深入研究。基片集成波导元件由大量金属通孔所构成,在全波仿真分析时需要精密剖分并产生大量未知数,从而会耗费大量的计算时间与计算机资源。为了克服这一挑战,论文使用主动空间映射法,借助仿真软件ADS和HFSS分别建立粗糙模型和精确模型,并使用Matlab软件建立电路模型和全波电磁模型之间的映射关系,使用少量的全波仿真高效精确地完成了滤波器的设计。本文的主要工作如下:首先,论文介绍了W波段的应用背景及SIW技术的发展概况,并回顾了滤波器基本综合的理论以及主动空间映射算法思想,为本文设计打下理论基础。其次,对W波段的SIW-矩形波导转接的进行了研究,设计了两种转接结构,包括一种传统的垂直转接以及一种结构新颖简单的鳍线转接结构,并且分别对其进行了分析、加工及测试。实验结果验证了设计的正确性,为W-Band SIW滤波器的测试打下了坚实基础。最后,结合耦合矩阵理论及主动空间映射法设计了多种结构形式的W-Band SIW滤波器,并将之与所设计的鳍线转接或垂直转接相连,从而可以利用波导馈电的方式实现滤波器的测试。为了验证设计结果,本文利用低成本的PCB工艺,对所设计的滤波器进行了加工和测试,实验结果验证了设计的准确性,同时表明了所设计的W-Band滤波器具有低插损、高选择性等优点。另外,本文进一步对所有集成了鳍线转接结构的滤波器进行了容差分析,论证了采用低成本PCB工艺能够实现高性能的W-Band平面滤波器。
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