K波段宽带带通滤波器的设计

论文总字数：34881字

摘 要

随着现代微波电路系统的快速发展，有限的频谱资源日益紧张，终端日益小型化集成化，人们对性能优异且结构紧凑的滤波器需求愈加强烈，故高性能、小型化滤波器一直是研究的热点。

本论文根据实际工程需求和应用场合的不同，研究并设计了两种K波段带通滤波器。一种是六阶SIW感性窗滤波器，这种结构具有插入损耗小、易于集成等优点。设计时，在输入和输出端口分别引入插槽耦合，有效提高了滤波器的阻带性能。另一种是微带宽带带通滤波器，将开路枝节线与源-负载耦合端口结合，既减小了电路尺寸，也提高了边带选择性；同时引入T型双模谐振器提高滤波器的带宽。实测表明，SIW滤波器带‌‌内损耗小‌于2.6d‌B，相对‌带宽为11.4‌%，偏‌离通‌带1GH‌z处的带‌外抑制大‌于25d‌B；微带滤‌波器带内插损为1.8dB，相对带‌‌宽为2‌7.8%，偏离通带3GHz处的带外抑制大于20dB。两种滤波器结构都具有较好的滤波性能，且实测结果与仿真结果相差不大，较好的完成了设计要求。

关键词：基片集成波导、微带滤波器、传输零点、双模谐振器

Abstract

With the rapid development of modern microwave circuit system, the limited spectrum resources are increasingly tight and the terminals are increasingly miniaturized and integrated. Therefore, people have a strong demand for filters with excellent performance and compact structure. Therefore, high performance and miniaturized filters have always been a research hotspot.

In this paper, two kinds of K-band bandpass filters are studied and designed according to different engineering requirements and application occasions. One is the sixth-order SIW inductive window filter, which has the advantages of low insertion loss and easy integration. In the design, slot coupling is introduced in input port and output port respectively, which improves the stopband performance of filter effectively. The other is the microstrip wideband bandpass filter, which combines the open branch line with the source-load coupling port, which not only reduces the circuit size, but also improves the sideband selectivity. At the same time, a T - mode dual - mode resonator is introduced, which greatly improves the bandwidth of filter. The measured results show that the relative bandwidth of SIW filter is 11.4%, the in-band loss is less than 2.6 dB, and the out-of-band rejection at 1GHz deviation from the passband is more than 25dB. The relative bandwidth of the microstrip filter is 27.8%, the band interpolation loss is 1.8 dB, and the out-of-band rejection at 3GHz deviation from the passband is greater than 20 dB. The two filter structures have good filtering performance, and the measured results are accord with the simulation results.

Keyword: Substrate integrated waveguide, microstrip filter, transmission zero, dual mode resonator

目 录

摘 要 …………………………………………………………………………………………

Abstract ………………………………………………………………………………………

第一章 绪论 …………………………………………………………………………………1

1.1 研究背景 …………………………………………………………………………1

1.2 研究现状 ………………………………………………………………………… 1

1.2.1 基片集成波导滤波器研究现状 …………………………………………1

1.2.2 超宽带带通滤波器研究现状 ……………………………………………3

1.3 本文的主要研究工作及结构 ………………………………………………… 3

第二章 微波滤波器设计的理论基础 ………………………………………………………5

2.1 微波滤波器的分类与主要指标 ………………………………………………… 5

2.2 微波滤波器的实现……………………………………………………………… 5

2.2.1 chebyshev低通原型滤波器………………………………………………5

2.2.2 频率变换………………………………………………………………… 7

2.2.3 微波滤波器的设计方法概要 ………………………………………… 9

第三章 基片集成波导感性窗滤波器的研究 …………………………………………… 10

3.1 基片集成波导器件设计理论基础 …………………………………………… 10

3.1.1 基片集成波导器件的研究方法简介 …………………………………10

3.1.2 基片集成波导结构及其传输特性 ……………………………………11

3.1.3 基片集成波导-微带线连接转换器的设计 ……………………………12

3.2 基片集成波导感性窗滤波器相关理论…………………………………………15

3.2.1 耦合系数法基本理论 …………………………………………………15

3.2.2 基片集成波导感性窗滤波器的结构 …………………………………16

3.3 基片集成波导感性窗滤波器的设计 ………………………………………… 17

第四章 微带宽带带通滤波器的研究 …………………………………………………… 24

4.1 引言 …………………………………………………………………………… 24

4.2 枝节加载谐振器 ……………………………………………………………… 24

4.2.1 开路枝节加载谐振器 …………………………………………………24

4.2.2 短路枝节加载谐振器 …………………………………………………26

4.3 开路枝节线加载型源-负载耦合端口 …………………………………………27

4.4 紧凑型宽带滤波器的设计 …………………………………………………… 30

第五章 结论 …………………………………………………………………………… 37

参考文献（References） ……………………………………………………………… 38

致谢 …………………………………………………………………………………… 41

1. 绪论
2. 研究背景

随着微波器件的发展，并且随着印制电路板（PCB，Printed Circuit Board）工艺的发展和成熟，微带电路的应用日益普及。这主要源于微带结构的以下优势：微带结构为平面电路，结构紧凑，体积较小；微带结构可较容易地与其他有源无源器件实现集成，从而减小系统的体积；微带结构可较容易地利用现有工艺实现，制作周期较短。但是微带电路也有自身的缺陷，比如‌‌‌‌‌‌‌值较低，损耗较大。微带结构的损耗主要包括介质损耗，导体损耗，辐射损耗等。其中最主要的部分为导体损耗，它是由于电流经过有限电导率的导体形成的，高频时由于趋肤效应的存在，微带有效截面积减小更增大了这部分损耗^[1]。

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