双频微带间隙波导滤波器及双工器设计

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间隙波导是一种应用于微波毫米波领域的新型传输线。间隙波导以平行放置的理想电导体与人工磁导体形成的电磁带隙作为电磁屏蔽手段,与传统金属波导相比,不需要直接物理接触,有更高的加工便利性。微带间隙波导可通过平面PCB(Printed Circuit Board)工艺实现,较间隙波导有更高的电路设计灵活性,同时具有易集成、小型化、易加工等优势。早期无线通讯仅需处理单一频段信号,而近年来无线通讯朝着多协议、多频段方向快速发展,对多频带微波器件的需求越来越强烈。作为射频前端重要的微波器件,滤波器与双工器设计不仅要满足小型化、易集成、易加工和低损耗的要求,同时还要实现多频带功能。因此,开展双频微带间隙波导滤波器及双工器的研究与设计具有重要的意义。本文基于微带间隙波导,开展了以下工作:一、设计了一款微带间隙波导传输线。基于蘑菇型电磁禁带结构,充分利用微带间隙波导不需要物理接触、易集成、损耗较低等优势,实现了一款工作频带(S11≤-20dB)为10.67-19.74 GHz的微带间隙波导传输线。该传输线由两层介质板构成,上层介质板的上表面为微带间隙波导的理想电导体,下表面设计有过渡结构并以介质板代替空气间隙。下层介质板上印制有微带脊及蘑菇型人工磁导体。本文对该结构进行了加工与实测,给出了仿真与实测结果。二、提出了一款微带间隙波导双模谐振器,首次实现了双频微带间隙波导滤波器。通过在微带间隙波导中引入一系列金属化通孔与电磁带隙结构组成矩形谐振腔,同时引入微带贴片构成开路传输线谐振器,在微带间隙波导中首次设计出双模谐振器。微带间隙波导双模谐振器的两个模式具有很高的独立性,使双模谐振器的两个谐振频率易于被独立控制。基于上述微带间隙波导双模谐振器,本文设计了一系列双频微带间隙波导滤波器,并对其进行了加工与实测。三阶双频微带间隙波导滤波器实测通带(S11≤-10dB)为13.52-13.86GHz和18.9-19.34GHz,相对带宽分别为2.3%和2.2%,通带内的实测插入损耗分别优于2.5 dB和2.3 dB。三、提出了一款双频微带间隙波导双工器。基于本文所提出的微带间隙波导双模谐振器,通过设计出良好的T型匹配网络,并为双工器的两个滤波单元分别设计出合适的耦合馈电结构,最终首次利用微带间隙波导技术实现了一款二阶双频双工器。二阶双频微带间隙波导双工器的四个通带匹配良好,且双工器的收发端口具有较高的隔离度。
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