X波段SIW干涉滤波器的研究与设计

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滤波器作为一种二端口网络,具有特定的频率选择特性在近代电信设备和各类控制系统中,滤波器的应用极为广泛,其性能的优劣往往影响着整个通信系统的质量。随着射频及微波技术的不断发展,电磁波频谱资源变得日益紧张。所以无线通讯系统对滤波器的指标和性能都提出了新的要求。例如高选择性、体积小易集成、功率大损耗小等。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)兼具矩形波导Q值高,损耗小与平面结构重量轻,易于集成的的特点,是实现高性能滤波器良好的传输线形式。如果要进一步提高滤波器选择性,实现更低的矩形系数以及更小的插入损耗。光学滤波器有其特有优势。借助光的电磁理论,可将光学与电磁学联系起来。通过对电磁波相位叠加技术的分析,得到干涉作用相当于对频率有选择性。由于干涉腔只存在介质损耗,所以对比于传统滤波器而言,少了金属损耗,因此插入损耗会在原来的基础上变的更低。本文首先研究了SIW传输线Q值与各项设计参数的关系,作为滤波器设计的基础结构,传输线的性能至关重要,通过仿真并记录实验数据,然后在MATLAB拟合出Q值与各项参数的关系曲线及对应的关系式,从而实现高Q值SIW传输线的设计:Q值1895,S11<-40d B,S21>-0.5d B。在此基础上,设计了一款SIW结构六腔广义切比雪夫滤波器,通过拓扑结构设计、耦合矩阵计算及化简、谐振腔及耦合结构设计、整体模型搭建及调试。完成指标如下:中心频率:10GHz、带宽:50MHz、S11<-20d B、S21>-1d B。接着进行了干涉腔的研究与设计,首先是单个干涉腔的建立,研究干涉腔宽度和角度对S参数的影响,然后搭建了四腔和六腔广义切比雪夫滤波器,与传统广义切比雪夫滤波器做对比,可以看出回波更小、损耗更低。
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