資料介紹
1 引言
在現(xiàn)代微波無(wú)線通信系統(tǒng)中,濾波器和雙工器等無(wú)源器件有著十分重要的作用。如果采用傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)、微帶線或者共面波導(dǎo)來(lái)設(shè)計(jì),不是造價(jià)昂貴就是很難達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。另一方面,隨著微波毫米波集成電路的迅速發(fā)展, 這些傳統(tǒng)的微波電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代無(wú)線通信對(duì)微波元器件小型化、集成化的要求。基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide)通過(guò)周期性金屬通孔實(shí)現(xiàn)了的類波導(dǎo)結(jié)構(gòu),繼承了傳統(tǒng)波導(dǎo)器件高品質(zhì)因數(shù)和大功率容量等優(yōu)良特性,被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)各種微波和毫米波器件,同時(shí)基片集成波導(dǎo)還具有易于加工、造價(jià)低和容易集成的優(yōu)點(diǎn)。
為了產(chǎn)生傳輸零點(diǎn),目前很多濾波器的設(shè)計(jì)采用交叉耦合的形式,極點(diǎn)提取技術(shù)與其相比,優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在衰減極點(diǎn)頻率的可控性,簡(jiǎn)化了濾波器的結(jié)構(gòu),降低了復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來(lái)的敏感性,而且降低了濾波器調(diào)諧和加工的難度。本文利用極點(diǎn)提取技術(shù)和耦合矩陣方法,提出了一種新型結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)雙通帶濾波器。該濾波器采用單一諧振腔提取衰減極點(diǎn),利用一個(gè)濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙通帶響應(yīng),仿真結(jié)果顯示兩個(gè)通帶形成很高的隔離度,通帶內(nèi)回波損耗很小。該濾波器諧振腔采用三角形SIW諧振腔,整個(gè)濾波器構(gòu)成一個(gè)六邊形,結(jié)構(gòu)緊湊,有效的減小了濾波器的尺寸。
2 等效電路分析
以六腔濾波器為例,等效電路如圖1所示,,第二腔和第六腔作為吸收回路提取衰減極點(diǎn),衰減極點(diǎn)的位置就是第二、六腔諧振的位置,因此衰減極點(diǎn)的位置可任意確定,這使極點(diǎn)提取技術(shù)的應(yīng)用有了很大的靈活性,利用一個(gè)濾波器結(jié)構(gòu),就可以實(shí)現(xiàn)兩種不同響應(yīng)類型的濾波器:其一,衰減極點(diǎn)在通帶外,可以設(shè)計(jì)帶外有傳輸零點(diǎn)的帶通濾波器,以增強(qiáng)帶外抑制;其二,衰減極點(diǎn)在通帶內(nèi)部,可以設(shè)計(jì)雙通帶濾波器。本文提出的濾波器第一、三、四、五腔構(gòu)成一個(gè)帶通濾波器結(jié)構(gòu),而第二、六腔提取的衰減極點(diǎn)在通帶內(nèi)部,由此形成一個(gè)雙通帶結(jié)構(gòu)。
![基片集成波導(dǎo)雙通帶濾波器分析](/uploads/allimg/171114/2755807-1G11409593NU.png)
圖1 雙通帶濾波器等效電路
為了驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方法的可行性,設(shè)計(jì)了一個(gè)雙通帶濾波器。設(shè)計(jì)指標(biāo)為:兩個(gè)通帶為9.6-9.85GHz和10.15-10.4GHz,通帶插損小于0.5dB,回波損耗小于-15dB,兩通帶隔離小于-20dB。原理電路如圖1所示。由文獻(xiàn)[7]給出的方法計(jì)算出各腔之間的耦合系數(shù)和外部Q值,數(shù)據(jù)如下。在microwave office中進(jìn)行電路級(jí)仿真,結(jié)果如圖2所示,得到了預(yù)想中的波形,驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的可行性。
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3 濾波器設(shè)計(jì)
3.1 三角形SIW腔體的研究
與長(zhǎng)方形SIW腔體比較,等邊三角形SIW腔體具有其自身的特點(diǎn)與性質(zhì)。本文提出的濾波器與中介紹的濾波器同樣由六個(gè)諧振腔構(gòu)成,與中采用長(zhǎng)方形SIW腔體不同的是,本文所介紹的濾波器采用等邊三角形SIW腔體,由于這一變化,占空比明顯減小,有效的利用了空間,實(shí)現(xiàn)了濾波器的小型化。
在現(xiàn)代微波無(wú)線通信系統(tǒng)中,濾波器和雙工器等無(wú)源器件有著十分重要的作用。如果采用傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)、微帶線或者共面波導(dǎo)來(lái)設(shè)計(jì),不是造價(jià)昂貴就是很難達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。另一方面,隨著微波毫米波集成電路的迅速發(fā)展, 這些傳統(tǒng)的微波電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代無(wú)線通信對(duì)微波元器件小型化、集成化的要求。基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide)通過(guò)周期性金屬通孔實(shí)現(xiàn)了的類波導(dǎo)結(jié)構(gòu),繼承了傳統(tǒng)波導(dǎo)器件高品質(zhì)因數(shù)和大功率容量等優(yōu)良特性,被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)各種微波和毫米波器件,同時(shí)基片集成波導(dǎo)還具有易于加工、造價(jià)低和容易集成的優(yōu)點(diǎn)。
為了產(chǎn)生傳輸零點(diǎn),目前很多濾波器的設(shè)計(jì)采用交叉耦合的形式,極點(diǎn)提取技術(shù)與其相比,優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在衰減極點(diǎn)頻率的可控性,簡(jiǎn)化了濾波器的結(jié)構(gòu),降低了復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來(lái)的敏感性,而且降低了濾波器調(diào)諧和加工的難度。本文利用極點(diǎn)提取技術(shù)和耦合矩陣方法,提出了一種新型結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)雙通帶濾波器。該濾波器采用單一諧振腔提取衰減極點(diǎn),利用一個(gè)濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙通帶響應(yīng),仿真結(jié)果顯示兩個(gè)通帶形成很高的隔離度,通帶內(nèi)回波損耗很小。該濾波器諧振腔采用三角形SIW諧振腔,整個(gè)濾波器構(gòu)成一個(gè)六邊形,結(jié)構(gòu)緊湊,有效的減小了濾波器的尺寸。
2 等效電路分析
以六腔濾波器為例,等效電路如圖1所示,,第二腔和第六腔作為吸收回路提取衰減極點(diǎn),衰減極點(diǎn)的位置就是第二、六腔諧振的位置,因此衰減極點(diǎn)的位置可任意確定,這使極點(diǎn)提取技術(shù)的應(yīng)用有了很大的靈活性,利用一個(gè)濾波器結(jié)構(gòu),就可以實(shí)現(xiàn)兩種不同響應(yīng)類型的濾波器:其一,衰減極點(diǎn)在通帶外,可以設(shè)計(jì)帶外有傳輸零點(diǎn)的帶通濾波器,以增強(qiáng)帶外抑制;其二,衰減極點(diǎn)在通帶內(nèi)部,可以設(shè)計(jì)雙通帶濾波器。本文提出的濾波器第一、三、四、五腔構(gòu)成一個(gè)帶通濾波器結(jié)構(gòu),而第二、六腔提取的衰減極點(diǎn)在通帶內(nèi)部,由此形成一個(gè)雙通帶結(jié)構(gòu)。
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圖1 雙通帶濾波器等效電路
為了驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方法的可行性,設(shè)計(jì)了一個(gè)雙通帶濾波器。設(shè)計(jì)指標(biāo)為:兩個(gè)通帶為9.6-9.85GHz和10.15-10.4GHz,通帶插損小于0.5dB,回波損耗小于-15dB,兩通帶隔離小于-20dB。原理電路如圖1所示。由文獻(xiàn)[7]給出的方法計(jì)算出各腔之間的耦合系數(shù)和外部Q值,數(shù)據(jù)如下。在microwave office中進(jìn)行電路級(jí)仿真,結(jié)果如圖2所示,得到了預(yù)想中的波形,驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的可行性。
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3 濾波器設(shè)計(jì)
3.1 三角形SIW腔體的研究
與長(zhǎng)方形SIW腔體比較,等邊三角形SIW腔體具有其自身的特點(diǎn)與性質(zhì)。本文提出的濾波器與中介紹的濾波器同樣由六個(gè)諧振腔構(gòu)成,與中采用長(zhǎng)方形SIW腔體不同的是,本文所介紹的濾波器采用等邊三角形SIW腔體,由于這一變化,占空比明顯減小,有效的利用了空間,實(shí)現(xiàn)了濾波器的小型化。
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