基于基片集成波导技术无源器件的研究

论文摘要

微带线和波导是两种重要的微波毫米波传输系统。微带线作为一种平面电路结构,便于系统的集成,但损耗较大。波导具有极小的传输损耗和高Q值,但由于体积较大,不利于系统的集成化和小型化。基片集成波导（Substrate IntegratedWaveguide）是近年来出现的一种新型微波毫米波传输结构,它具有矩形波导和微带线的一系列优点,如矩形波导的高品质因数、低损耗和微带线的体积小、重量轻、易于集成等优点。因此利用它可实现高性能集成微波毫米波器件,并应用到微波毫米波系统中。本文首先介绍了基片集成波导的结构和传输特性,并与矩形波导比较,分析了其传输特点。在此基础上,提出了三种基片集成波导转换结构形式,解决了基片集成波导的层间耦合问题,以适应立体电路的发展。其中包括一种单层异面转换结构和两种基片集成波导层间耦合转换结构,并在微波频段（Ku波段）和毫米波频段（Ka波段）进行了仿真优化设计。研制的Ku波段单层异面转换结构在整个Ku波段,插入损耗都在1dB左右,且波动不大于0.5dB;反射损耗基本上都大于15dB。同向层间耦合转换结构在频率11.4GHz～12.2GHz,和13.3GHz～14.2GHz,反射损耗都大于20dB。插入损耗约1.5dB,其中包括SMA接头的损耗。随后设计了微波频段（Ku波段）和毫米波频段（Ka波段）基片集成波导定向耦合器,仿真结果说明设计的可行性和器件性能的良好性。同时研制了Ku波段的基片集成波段定向耦合器,实验结果如下:在比较宽的带宽内,S11小于-15dB;从频率13.3GHz到13.6GHz,S11小于-20dB。另外,在很宽的带宽内,端口2和端口3的差值小于1dB,符合期望的结果。最后仿真优化了一种基于广义切比雪夫原理的基片集成波导滤波器,仿真结果说明该结构具有较低的带内插损。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文主要研究工作
• 第二章 基片集成波导结构和传输特性
• 2.1 基片集成波导的产生背景
• 2.2 基片集成波导的结构
• 2.3 基片集成波导的传输特性
• 2.3.1 传输条件与截止频率
• 10模'>2.3.2 传输模式和TE₁₀模
• 第三章 基片集成波导转换结构的研究
• 3.1 单层异面转换结构的设计和仿真
• 3.2 同向层间耦合转换结构的设计和仿真
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 同向层间耦合转换结构的设计和仿真
• 3.3 异向层间耦合转换结构的设计和仿真
• 3.3.1 微带直角折弯
• 3.3.2 异向层间耦合转换结构的设计及仿真
• 3.4 基片集成波导与微带转换结构的实验研究
• 3.4.1 单层异面转换结构的实验研究
• 3.4.2 同向层间耦合转换结构的实验研究
• 3.4.3 异向层间耦合转换结构的实验研究
• 3.5 Ka波段的基片集成波导到微带转换的设计和仿真
• 3.5.1 单层异面结构的具体参数和仿真结果
• 3.5.2 同向层间耦合转换结构的具体参数和仿真结果
• 3.5.3 异向层间耦合转换结构的具体参数和仿真结果
• 3.6 总结
• 第四章 基片集成波导定向耦合器的研究
• 4.1 定向耦合器的理论研究
• 4.1.1 基本概念
• 4.1.2 定向耦合器的技术指标
• 4.2 基片集成波导定向耦合器的设计与仿真
• 4.2.1 耦合器的工作原理
• 4.2.2 基片集成波导定向耦合器的设计
• 4.2.3 基片集成波导定向耦合器的仿真
• 4.2.4 基片集成波导定向耦合器的实验研究
• 4.3 Ka波段基片集成波导定向耦合器的设计与仿真
• 4.4 总结
• 第五章 基片集成波导滤波器的设计和仿真
• 5.1 腔体滤波器的原理
• 5.2 广义切比雪夫滤波器基本理论
• 5.3 基片集成波导滤波器的设计和仿真
• 5.3.1 提取极点广义切比雪夫滤波器的介绍
• 5.3.2 基片集成波导谐振腔
• 5.3.3 基片集成波导滤波器的设计与仿真
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果