基于基片集成波導(dǎo)的寬帶帶通濾波器和Fabry-Perot諧振天線研究.pdf

1、隨著基片集成波導(dǎo)(SIW)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論研究的不斷發(fā)展完善，各種基于SIW的有源及無源器件研究工作進(jìn)展迅速。濾波器（尤其是帶通濾波器）和天線是其中兩個重要的研究內(nèi)容，也是無線通信系統(tǒng)中必不可少的兩個重要元件:天線負(fù)責(zé)發(fā)射和接受信號;濾波器需要濾除鏡頻一類的干擾信號，抑制雜散信號，以保證所需的頻段上信息的完整性和正確性。超寬帶(UWB)系統(tǒng)因其高速率數(shù)據(jù)傳輸、低能量密度和低傳輸能量的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，而UWB帶逋濾波器是其中的一個關(guān)鍵元件，

2、高選擇性的寬帶帶通濾波器可用來抑制不需要的信號，并改善UWB系統(tǒng)的性能。在高速的WLAN、衛(wèi)星信號接收以及各種點(diǎn)對點(diǎn)無線連接應(yīng)用中，都需要低成本的高增益平面天線。傳統(tǒng)的通過天線陣列實(shí)現(xiàn)高增益的方法，要求復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，并且影響天線效率，而Fabry-Perot(FP)諧振天線只需單個饋源即可實(shí)現(xiàn)高增益，因此受到廣泛的關(guān)注。本文將基于基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，研究和分析高選擇性的UWB帶通濾波器和低剖面的基板集成Fabry-Perot諧振天線。<

3、br>　　首先綜述了基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在濾波器設(shè)計中的應(yīng)用和發(fā)展、Fabry-Perot諧振天線的發(fā)展歷史和趨勢。論文的第四章介紹了Fabry-Perot諧振天線的基本理論和工作原理，推導(dǎo)了雙側(cè)部分反射板組成的和單側(cè)部分反射板的兩種形式的Fabry-Perot諧振天線的基本特征參數(shù)，并對其實(shí)現(xiàn)低剖面化的機(jī)理進(jìn)行了分類分析。論文的第二、三、五章分別針對IADGS級聯(lián)HMSIW的高選擇性超寬帶濾波器、SIW/HMSIW加載ADGS的高選擇性寬

4、帶濾波器和SIW槽饋電的基板集成亞波長Fabry-Perot諧振天線進(jìn)行了分析和研究。
　　級聯(lián)高通/低通濾波器法是設(shè)計UWB帶通濾波器的一種最直觀的方法。論文首先介紹了具有準(zhǔn)橢圓函數(shù)低通濾波特性的非對稱缺陷地結(jié)構(gòu)(ADGS)，并對改進(jìn)型的非對稱缺陷地結(jié)構(gòu)(IADGS)通帶內(nèi)回波損耗和帶外抑制的改善，做出了合理的理論解釋，進(jìn)而給出了具有高截止頻率的IADGS單元的設(shè)計步驟。接著，設(shè)計了多個IADGS單元組成的高選擇性低通濾波器，并

5、級聯(lián)具有較寬純主模工作頻帶的HMSIW高通結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通帶約為5.8-10.6GHz的高選擇性UWB帶通濾波器。
　　ADGS結(jié)構(gòu)單元可直接應(yīng)用到SIW的頂層或底層的金屬寬邊的中心線上，也可蝕刻在HMSIW的開放邊界對應(yīng)的金屬地附近，同樣能在高頻端表現(xiàn)出準(zhǔn)橢圓函數(shù)的帶阻特性。這樣就在天然高通的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)中加載了低通結(jié)構(gòu)單元，或者叫帶隙結(jié)構(gòu)單元，可用來實(shí)現(xiàn)寬帶的帶通濾波器，結(jié)構(gòu)更加緊湊。通過HMSIW加載ADGS單元同樣實(shí)現(xiàn)了通帶約為

6、5.8-10.6GHz的高選擇性UWB帶通濾波器，SIW上層金屬寬邊加載ADGS則實(shí)現(xiàn)了具有高選擇性的30％分?jǐn)?shù)帶寬C波段帶通濾波器。
　　最后提出并研究了一種新型的SIW槽饋電的基板集成亞波長Fabry-Perot諧振天線。采用基片集成波導(dǎo)上層金屬寬邊開縱槽的激勵形式，結(jié)合部分反射人工磁導(dǎo)體以及介質(zhì)基板填充腔，有效地降低了天線高度以適應(yīng)普通PCB電路系統(tǒng)的要求。為進(jìn)一步降低天線高度，空氣腔被介質(zhì)基片填充，形成一種新型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的

7、全基片集成的FP諧振天線，便于與電路板集成。研究分析了基片集成波導(dǎo)縱槽饋電形式對天線增益和增益帶寬的影響，與傳統(tǒng)的長微帶激勵的貼片饋源形式相比，基片集成波導(dǎo)雙縱槽饋源使得FP諧振天線的主波束方向保持在正方向上，并且隨頻率變化不敏感;歐姆損耗和介質(zhì)損耗都有明顯的減小，提高了天線的輻射效率。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，該天線具有低剖面、高增益、高效率和穩(wěn)定的正方向輻射等一系列優(yōu)點(diǎn)。同時，易于與電路板系統(tǒng)集成和結(jié)構(gòu)魯棒性好的特點(diǎn)又使其便于大規(guī)模的低