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基于基片集成波导的高性能毫米波滤波器的研究

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基于基片集成波导的高性能毫米波滤波器的研究

作者：侍新河中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着5G毫米波通信系统的发展,对滤波器性能的要求也不断提高。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)具有高Q值、大功率容量、低成本和易于集成等特点,近年来一直被人们广泛研究。拓扑结构是直接影响滤波器性能的重要因素,... 详细信息

随着5G毫米波通信系统的发展,对滤波器性能的要求也不断提高。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)具有高Q值、大功率容量、低成本和易于集成等特点,近年来一直被人们广泛研究。拓扑结构是直接影响滤波器性能的重要因素,不同的拓扑使得滤波器呈现不同的频率响应。本文利用单层PCB板基片集成波导技术,针对不同拓扑结构的高性能毫米波滤波器开展研究,选题具有学术意义和应用价值。本文的主要工作内容和创新点如下:1、分析和总结了腔体谐振频率、电磁耦合系数、外部Q值随结构参数的变化规律。基于矩阵综合理论,设计和实现了六阶折叠型和异型毫米波滤波器。后者利用矩阵变换对CQ(Cascaded Quadruplet,CQ)结构解耦,减少了耦合的数量,并引入额外传输零点,相同带宽下,获得了更小的插入损耗和矩形系数以及更宽的阻带。引入缺陷地结构(Defected Ground Structure,DGS)产生高频传输零点抑制寄生通带,设计和实现了加载DGS的交叉耦合滤波器,获得了更好的阻带特性。实验测试结果验证了设计方法的正确性。2、提出了可以同时实现正负斜率的频变耦合结构。为了减少耦合的数量和滤波器的面积,以及实现对传输零点的独立控制,将含CT(Cascaded Trisection,CT)结构的拓扑变为含频变耦合结构的直线型拓扑,设计和实现了五阶直线型毫米波滤波器,获得了较小的插入损耗和矩形系数。用DGS单元对寄生通带进行抑制,设计和实现了加载DGS的频变耦合滤波器,进一步展宽了阻带。实验测试结果验证了设计方法的正确性。3、分析和总结了非谐振节点的旁路耦合产生传输零点的位置随输入输出偏移量的变化规律。基于非谐振节点模块级联方法,设计了三腔双通带滤波器。分析和总结了微扰状态下腔体中各个模式在不同长宽比下随结构参数的变化规律。利用非谐振节点模块与多模腔体交替级联的方法,分别设计了三腔五极和五腔七极的两种直线型双模带通毫米波滤波器,不仅实现了对传输零点的独立控制,而且进一步改善了插入损耗、阻带抑制深度、矩形系数以及阻带宽度。设计得到了仿真验证。

关键词：基片集成波导毫米波滤波器拓扑结构缺陷地结构多模

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基于基片集成波导的毫米波滤波器

基于基片集成波导的毫米波滤波器

2023年全国天线年会

作者：李媛媛吴先良王刚胡云峰马跃安徽大学电子信息工程学院

本文设计了两款基于基片集成波导的毫米波滤波器。两款滤波器均工作在n258频段(24.25 GHz～27.5GHz)。第一款滤波器为四阶层叠结构,通带内插入损耗优于-1.9 dB,回波损耗小于-18 dB,带外抑制在15GHz～2 3 GHz和28.5 GHz～3 5 GHz频段内... 详细信息

本文设计了两款基于基片集成波导的毫米波滤波器。两款滤波器均工作在n258频段(24.25 GHz～27.5GHz)。第一款滤波器为四阶层叠结构,通带内插入损耗优于-1.9 dB,回波损耗小于-18 dB,带外抑制在15GHz～2 3 GHz和28.5 GHz～3 5 GHz频段内均小于-25 dB,其尺寸为7.7 mm×3.82 mm。第二款滤波器为四阶垂直结构,通过金属柱连接第一个谐振腔和第四个谐振腔,形成交叉耦合,引入传输零点,最终仿真优化得到的滤波器通带内插入损耗优于-1.8 dB,回波损耗小于-14 dB,带外抑制在18 GHz～23 GHz和29.5 GHz～34GHz频段内小于-25 dB,其尺寸为4.5mm×3.6 mm。

关键词：毫米波滤波器基片集成波导 LTCC 小型化

来源： cnki会议评论

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基于SIW结构的毫米波MEMS滤波器设计

微波学报 2021年第5期37卷 87-90页

作者：张彤彤黄巍叶志红李云重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 总装备部重庆军事代表局驻成都地区军事代表室成都610065

针对5G毫米波无线通信的发展需求,采用硅基单层基片集成波导(SIW)结构设计了一款毫米波滤波器。首先通过理论分析,计算得到滤波器的结构参数。然后使用电磁仿真软件HFSS对滤波器结构进行仿真与优化,使其满足设计指标要求。设计得到了一... 详细信息

针对5G毫米波无线通信的发展需求,采用硅基单层基片集成波导(SIW)结构设计了一款毫米波滤波器。首先通过理论分析,计算得到滤波器的结构参数。然后使用电磁仿真软件HFSS对滤波器结构进行仿真与优化,使其满足设计指标要求。设计得到了一个五阶毫米波滤波器,其通带范围24.25~27.5 GHz,相对带宽12.56%,中心频率处插入损耗小于1 dB,带内回波损耗优于-16 dB。最后,使用MEMS工艺将该滤波器加工成实物并进行性能测试,得到尺寸为9.45 mm×4.8 mm×0.4 mm的滤波器芯片,达到小型化要求。测试结果表明,MEMS毫米波滤波器的仿真结果与测试结果基本保持一致。

关键词：基片集成波导(SIW)结构微机电系统(MEMS)工艺毫米波滤波器小型化

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超小型表面组装式毫米波滤波器

电子元器件应用 2003年第2期5卷 71-71页

面向5G毫米波应用的基片集成波导滤波器设计

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面向5G毫米波应用的基片集成波导滤波器设计

作者：徐倩苏州大学

学位级别：硕士

随着5G通信技术的不断发展,Sub-6GHz的频谱资源紧缺,与此同时用户对于高速率、低延时通信的追求日益增进,使得毫米波通信成为目前的研究热点。滤波器作为通信系统的重要组成部分,其性能优劣对整个系统的性能起着举足轻重的作用。因此深... 详细信息

随着5G通信技术的不断发展,Sub-6GHz的频谱资源紧缺,与此同时用户对于高速率、低延时通信的追求日益增进,使得毫米波通信成为目前的研究热点。滤波器作为通信系统的重要组成部分,其性能优劣对整个系统的性能起着举足轻重的作用。因此深入研究5G毫米波滤波器对通信系统传输质量的提高有着重要的意义。本文基于基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术和印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺,设计了面向5G毫米波应用的带通滤波器,分别为矩形SIW滤波器以及基片集成脊波导(Ridge Substrate Integrated Waveguide,RSIW)滤波器,前者使用单层介质基板实现,后者采用双层介质基板压合结构实现。由于SIW技术将金属通孔阵列等效为金属壁,若使用全波仿真软件例如HFSS直接对滤波器进行设计优化,单次仿真分析需要几十分钟甚至数小时。鉴于全波仿真的耗时特性,本文将等效电路法、模块化分析方法(Modularized Analysis Method,MAM)、空间映射(Space Mapping,SM)算法以及遗传算法应用于SIW滤波器的设计优化中,从而减少全波仿真的次数,缩短滤波器的设计周期。本文开展的工作具体如下:(1)设计了一款可应用于5G毫米波n258频段(24.25GHz-27.5GHz)的六阶直线耦合式矩形SIW滤波器。设计优化过程中,将ADS中的等效电路模型作为优化HFSS中三维电磁仿真模型的辅助工具,有效减少了全波仿真的次数,缩短了滤波器的设计优化时间。该滤波器的仿真结果显示3dB带宽为24.15GHz-28.08GHz,带内回波损耗满足设计需求,带外抑制、带内插入损耗优于设计指标。对该款滤波器采用PCB工艺加工并对其进行测试,验证了该设计的有效性。(2)设计了一款可应用于5G毫米波n258、n261频段(24.25GHz-28.35GHz)的六阶直线耦合式矩形RSIW滤波器。为满足更宽的带宽需求,利用脊波导的宽单模工作带宽优势,选用脊波导段作为谐振结构,滤波器结构以双层介质基板压合工艺为设计基础。选用MAM替代全波仿真分析滤波器,对MAM所需数据的提取原理进行了分析,用具体模型实例对数据库的建立进行说明。采用MAM结合SM、遗传算法设计优化滤波器。通过ADS里等效模型的辅助,得到了带馈电转接结构的六阶矩形RSIW带通滤波器。六阶矩形RSIW带通滤波器除上限频率高于设计指标10MHz以及带内插损略高,其余性能均优于设计指标。(3)最后,以 5G 毫米波 n257、n258 频段(24.25GHz-29.5GHz)为 3dB 带宽,改进滤波器的耦合结构以拓展滤波器的工作带宽,将矩形波导(Rectangular Waveguide,RWG)更换为脊较窄的脊波导,同样采用MAM结合SM、遗传算法对滤波器进行设计优化。为实现馈电转接结构在宽频带内达到良好的效果,设计了一款馈电转接结构。最终带馈电转接结构的八阶矩形RSIW滤波器的3dB带宽为24.31GHz-29.78GHz,除频带有所偏移和带宽增宽,其余性能基本满足设计指标。综上所述,本文针对5G毫米波特定频段,基于SIW技术设计了三款带通滤波器。第一款矩形SIW带通滤波器以单层介质基板为结构基础,另外两款矩形RSIW带通滤波器以双层介质基板压合为结构基础。通过选用合理的滤波器分析方法、设计方法和优化方法,有效缩短滤波器设计周期,提高设计效率;针对本文所设计的不同带宽的矩形RSIW带通滤波器,分别设计了馈电转接结构。与文献报道的5G毫米波带通滤波器相比,本文设计的滤波器在上下边带的带外抑制和带内回损方面均有一定的改善。

关键词：毫米波滤波器基片集成波导等效电路模型模块化分析方法参数提取

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毫米波段LTCC高Q滤波器研制

毫米波段LTCC高Q滤波器研制

作者：章圣长电子科技大学

学位级别：硕士

本文主要讲述了基于介质集成波导(SIW)技术和LTCC工艺的毫米波频段高Q滤波器的研制。这种滤波器具有体积小,便于集成的特点,也适用于表面贴装。先是对LTCC工艺及材料做了基本介绍,并采用微带环谐振法设计了一个LTCC工艺性能测试电路,对L... 详细信息

本文主要讲述了基于介质集成波导(SIW)技术和LTCC工艺的毫米波频段高Q滤波器的研制。这种滤波器具有体积小,便于集成的特点,也适用于表面贴装。先是对LTCC工艺及材料做了基本介绍,并采用微带环谐振法设计了一个LTCC工艺性能测试电路,对LTCC成品的介电常数、损耗和Q值进行测试。在了解LTCC工艺及性能的基础上,分析了介质集成波导(SIW),首次应用坡印廷矢量定理,借助于EDA软件,对SIW的电磁能量泄漏与结构间的关系进行了分析,并成功地在LTCC工艺上用一个基于SIW技术的微带-波导过渡验证了其可行性。从理论和软件仿真上充分分析基于SIW结构的谐振器滤波器的基础电路。从对空气填充SIW谐振器的分析,得到在Ferro A6M材料中构成谐振器的金属排孔等效电壁的位置,得到简化的计算SIW谐振器的模型。分析并创建了SIW谐振器的外部Q值、谐振器间的耦合系数随耦合结构尺寸变化的曲线图。结合滤波器理论设计的耦合值与所创建的图表,确定滤波器的初始尺寸,通过软件对滤波器参数的微调,最终得到滤波器的精确模型。并用LTCC工艺成功实现了一个由12层基片构成的SIW谐振器切比雪夫滤波器。在分析LTCC集成高Q滤波器实验结果的基础上,设计了一个基于SIW技术的9层基片的高性能的椭圆函数滤波器。

关键词：毫米波滤波器低温共烧陶瓷(LTCC) 介质集成波导(SIW) 切比雪夫滤波器椭圆函数滤波器

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金属共振栅网亚毫米波带通滤波器的研制

中山大学学报（自然科学版） 1986年第1期27卷 36-42页

作者：张光昭赵劲夫中山大学无线电电子学系

制备了几组几何参数不同的金属共振栅网;研究了共振波长在55～90μm 范围内,其滤波特性与其几何参数的关系;总结出两条可供滤波器设计使用的经验公式.还制备了一组由两片共振栅网组成的干涉滤波器,它们具有良好的滤波特性,是一种优质实... 详细信息

制备了几组几何参数不同的金属共振栅网;研究了共振波长在55～90μm 范围内,其滤波特性与其几何参数的关系;总结出两条可供滤波器设计使用的经验公式.还制备了一组由两片共振栅网组成的干涉滤波器,它们具有良好的滤波特性,是一种优质实用的亚毫米波带通滤波器.

关键词：带通滤波器滤波特性金属栅亚毫米波超极高频栅网毫米波滤波器