论文总字数：28316字

摘 要

基于HMSIW的理论和技术，提出了一种新型结构的HMSIW带通滤波器的理论模型。

关键耦合参数提取基于传统耦合谐振电路滤波器设计中关于滤波器关键设计参数的提取方法。利用CST微波工作室、HFSS等全波电磁仿真工具，建立了能够对新型结构半模滤波器进行参数提取的模型。通过对模型的仿真和数据处理，得到了滤波器设计的一系列关键参数曲线。利用CST微波工作室建立了基于半模基片集成波导导波结构的新型结构带通滤波器的物理模型，并对建立的新型结构滤波器模型进行仿真、优化以及对新型结构滤波器的相关特性等进行了研究。最后，对CST微波工作室建立的滤波器结构进行PCB工艺加工。设计实现了一个中心频率为5GHz、相对带宽为8%的新型高性能3阶HMSIW带通滤波器，在性能方面参数优化到-15dB。实物测试结果表明:与设计要求基本吻合。在距离中心频率约0.6GHz处，滤波器的衰减达到-30dB，达到了良好的衰减。

关键词：新型结构；半模基片集成波导；带通滤波器；耦合谐振电路滤波器；参数提取

Design Of A New Structure Half-Mode Substrate

Integrated Waveguide Filter

Abstract

Based on the theory and the technology of HMSIW, we propose a new structure of the half-mode substrate integrated waveguide bandpass filter model theoretically .

Critical coupling parameter extraction based on traditional circuit coupled resonator filter design methods are extracted on filter key design parameters. By use of CST Microwave Studio, HFSS and other full-wave electromagnetic simulation tools,we are able to establish a new structure of the half-mold filter parameter extraction model. Through the model simulation and data processing, we get a series of key parameters filter design. Next, the new structure of the physical model is established based on the half-mold substrate integrated waveguide bandpass filter structure, and the new structure of the filter model simulation, optimization and the new structure of the filter related characteristics were studied. Finally, the filter structure CST Microwave Studio was established by PCB processing technology. In this design, we designed and implemented a center frequency of 5GHz, the relative bandwidth of 8% of the new high-performance 3-order bandpass filter HMSIW, requirements in terms of performance optimization parameters to -15dB.Physical test results show that: can achieve good agreement with the design requirements,and the distance between the center frequency at about 0.6GHz, attenuation can be -30dB, to achieve a good attenuation performance to meet the design requirements.

Key words: a novel structure;half-mode substrate integrated waveguide;bandpass filter; coupled resonator filter circuit; parameter extraction

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究历史背景及现状 2

1.2.1历史背景 2

1.2.2研究现状 4

1.3研究目的和主要研究内容 5

1.3.1研究目的 5

1.3.2主要研究内容 6

1.4论文结构 6

第二章 SIW和HMSIW理论研究 8

2.1 SIW的结构与特性 8

2.2 SIW谐振腔耦合理论 9

2.3 HMSIW的结构与特性 10

2.3.1 HMSIW场分布等效模型 10

2.3.2 HMSIW相位常数等效模型 14

2.3.3 HMSIW小结 19

第三章 耦合谐振电路滤波器设计 20

3.1微波滤波器介绍 20

3.2 耦合谐振电路滤波器设计 21

第四章 新型HMSIW滤波器模型 24

4.1 滤波器参数提取模型 24

4.1.1 HMSIW滤波器设计方法 24

4.1.2 模型一：输入输出腔体外在品质因数的提取 24

4.1.3 模型二：内部谐振电路（腔体）间耦合系数的提取 28

4.1.4 新型HMSIW滤波器参数的确定 33

4.2 新型HMSIW滤波器模型 36

4.2.1 理论模型的提出与分析 36

4.2.2 参数代入 39

第五章 仿真与实物测试 40

5.1 CST微波工作室仿真 40

5.1.1优化前仿真 41

5.1.2优化后仿真 42

5.2 实物性能测试 43

第六章 结论与展望 46

致谢 48

参考文献……………………………………………………………………………………………………..49

第一章 绪论

1.1引言

二战以来，人类进入了科学技术发展的黄金时代。无线通信技术得到了前所未有的进步。从雷达技术的发展到卫星通信技术的方兴未艾，射频与微波技术起到了越来越不可忽视的作用。滤波器作为射频与微波技术的一个重要分支，滤波器的相关设计问题已经成为诸多从事于微波、通信系统设计的学者所不可避免的问题。它已经成为众多体系架构无法忽视的部分。微波、通信系统性能严重依赖于这种结构-----即其性能达标与否。正如“滤波器”这个词本身所表达的含义，滤波器的作用是滤除掉部分的波段。滤波器可以用来滤除相关干扰。这些干扰的出现影响了系统性能的表现，是诸多学者、工程师无法忽视的问题。它能将来自于系统端口处或系统中某处的干扰信号过滤，对通信质量的保证有着极其重要的作用。毫米波技术以及当代通讯系统的迅疾发展对滤波器的性能表现给出了更为严格的限制条件。目前的现状是，滤波器的表现不是很令学者、工程师满意。诸如带宽和衰减等慢慢跟不上现代系统前进的步伐。这限制了其在微波领域的发展。利用滤波器，设计者可以选择让特定频段的信号通过所设计的系统，或者对通过系统的信号加以处理，比如幅度进行限制、将信号和噪声分离等。鉴于其能够实现上述的功能，因此在选频器以及多路径通讯体系架构中得到了普遍使用。

关于滤波器的研究一直没有间断过。科技发展的多年以来，国内外学者在此方面作出了令后人值得尊重的贡献。目前，通讯体系架构的不断优化和集成电路工艺的不断精进，电子产品呈现出器件尺度上越来越小、价格上越来越便宜、功能上越来越丰富的趋势。这对构成这些架构的器件的性能作出了更为严格的限制条件。技术的发展总是跟不上需求。滤波器的性能落后于系统的更新步伐。典型的因素如衰减和带宽等。同时，传统的滤波器结构一般是采用微带线或者金属波导结构，这导致了传统滤波器的研究制作成本偏高，性能上也是差强人意。

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