基于基片集成波导的带通滤波器设计

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随着,无线通信网络的极速发展,射频微波电路的设计已成为目前研究的热点。滤波器作为射频微波前端电路不可或缺的一部分,它的性能将直接影响整个前端电路的性能。因此,人们对滤波器设计的小型化、精确化有着更高的要求。与此同时,随着频带的日益拥挤,如何更充分合理的利用频带资源也向多频滤波器的性能提出了更高的要求。在这样的背景下,基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)结构因其品质因数大,功率大,损耗低,体积小,易于集成化的特点被广泛的应用于各类滤波器的设计。本文基于5G通信发展阶段,在SIW基础上通过加载一组完全非对称互补耦合分裂环(Complementary Split Ring Resonators,CSRR)结构的技术来设计双通带滤波器,并采用了直线型过渡转换带,实现了SIW结构与微带线之间的阻抗匹配,该滤波器具有较好的传输性和阻带抑制性。本文设计了三款滤波器,每个滤波器的两个通带的中心频率均为3.5GHz和4.5GHz,带宽分别为800MHz/600MHz、600MHz/500MHz、1GHz/400MHz。每个滤波器在通带内均能满足插入损耗损耗S21低于-20d B,回波损耗S11高于-3d B的要求;在阻带内,采用圆方结合CSRR结构的S11参数可以达到-40d B,圆六边形CSRR结构S11参数低于-45d B,方CSRR结构的S11参数也低于-45d B。以上所有仿真分析均采用了HFSS、CST、ADS等软件,仿真测试内容主要包括电磁场场强分布,谐振点位置和S参数测试。加工制作了各一阶结构、二阶圆方结合CSRR结构和增加了过渡转换带的二阶圆方结合CSRR结构的实物模型。实物的介质板均采用了介电常数为2.2的罗杰斯材料,结构外接SMA接口。实物测试结果与仿真结果具有很高的贴合度,有效地证明了该滤波器具有很高的实用价值。且这三款滤波器都能很容易的集成到小型化微波电路中,具有良好的设计灵活性,对5G通信的应用发展具有实际的参考价值。
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