基片集成波导腔体带通滤波器研究41页PPT
高性能基片集成波导微波滤波器研究
高性能基片集成波导微波滤波器研究一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，微波滤波器在雷达、卫星通信、移动通信等领域的应用日益广泛。
基片集成波导（SIW）作为一种新型的导波结构，具有低插损、高Q值、易于集成等优点，在微波滤波器的研究中受到了广泛关注。
传统的SIW微波滤波器在某些频段内仍面临性能瓶颈，如插损大、带外抑制不足等问题，制约了其在高性能通信系统中的应用。
开展高性能基片集成波导微波滤波器的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文旨在深入研究高性能基片集成波导微波滤波器的设计理论与方法，通过优化滤波器结构、提高制作工艺等手段，实现滤波器性能的提升。
本文将系统介绍SIW的基本理论及其在微波滤波器中的应用现状，分析现有SIW微波滤波器的性能特点与存在的问题。
本文将重点研究新型SIW滤波器的设计理论，包括滤波器拓扑结构的选择、谐振单元的设计、耦合方式的优化等方面，以提高滤波器的性能。
本文将通过实验验证所提出的新型SIW滤波器的性能，为高性能SIW微波滤波器的实际应用提供有力支持。
本文的研究内容将对提升SIW微波滤波器的性能、推动无线通信技术的发展具有重要意义，并为相关领域的研究人员提供有益的参考与借鉴。
二、基片集成波导微波滤波器的基本理论基片集成波导（SIW）微波滤波器是微波工程领域中的一个重要研究方向，其理论基础涉及电磁场理论、微波传输线理论以及滤波器设计原理等多个方面。
SIW结构通过在介质基片上刻蚀出周期性金属通孔阵列来模拟传统波导的传输特性，从而实现了波导结构的小型化和集成化。
SIW微波滤波器的基本工作原理是利用SIW结构中的电磁波传播特性，通过合理设计滤波器的拓扑结构和尺寸参数，使得在特定频率范围内的电磁波能够通过，而在其他频率范围内的电磁波则被抑制。
SIW结构中的电磁波传播特性包括截止频率、传播常数、衰减常数等关键参数，这些参数直接影响了滤波器的性能。
在SIW微波滤波器的设计过程中，需要采用适当的电磁场分析方法，如有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）等，对SIW结构的传输特性进行精确计算和分析。
《滤波器原理简介》PPT课件
9
谐振器模型（过滤单元）
左图为单个谐振腔的电场模型及其等 效电路原理图。
图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器， 谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以 理解成等效电路中的端接电容。
等效电路中的谐振频率计算公式为：
f 1 2 LC
为谐振杆加入圆盘，相当于 加大了端接电容，圆盘越大，电 容越大，谐振频率越低；
容飞结构 感飞结构
右上图的感飞/ 容飞位置上，若加 入容飞结构则实现 容飞，加入感飞结 构则实现感飞；
右下图的对称 飞位置上加入容飞 结构，可实现对称 飞，加入感飞结构 不能形成零点。
调试中，感飞 太强/弱，可以通过 勾/压飞杆来改变飞 杆强度；容飞或对 称飞太强/弱则需要 打开盖板，减短/加 长飞杆。
通常的带通滤波器具有左 图所示的结构： 抽头：将外部输入信号馈 入滤波器或者将经过滤波器 的信号导出。 谐振腔：形成通带内的谐振 点； 耦合窗口：在谐振腔之间传 输电磁信号，同时调整成不 同的耦合度，以满足滤波器 设计的需要； 感飞，容飞，对称飞：形成 通带外的传输零点（即抑制 点）
6
带通滤波器的水池模型
每个谐振腔有各自的谐振频率， 当相邻的两个腔发生耦合时，其谐 振频率相互“排斥”，耦合越强， “排斥”效果越明显，如左下图所 示。
所以，若将所有的耦合螺杆都 往里进，则通带带宽变宽。
13
相邻耦合两腔电场分布图
14
相邻耦合两腔磁场分布图
15
相邻耦合两腔表面电流分布图
16
带通滤波器的飞杆（额外水闸）
7
滤波器抽头模型（阀门）
抽头为带通滤波器的馈电
装置。其结构关系到馈电强
基片集成波导带通滤波器的设计
3. 611 mm , L 2 = 3. 586 mm ，如
示。可以看出数值结果与实测结果符合良好，说
明这种方式构成的新型带通滤波器是成功的。
。 。 。 。 。 。
。
m r H ω
… 一 碗 …
ω ω
叫w 。
-
乌
… 一 牛
ω ω L
M
叫W
E
ω
。 。 。 ，
。
图 4
基片集成波导条带式带通滤波器
按照以上结构尺寸，用商业软件 Ansoft
Distribution Service , LMDS) 和先进的交通防撞
传感器等，但是设计和制造成本限制了这些系统
进一步的商业应用。在实用中，微带电路经常需
要做成指定的各种形状，这在毫米波段并不容易
HFSS 的数值计算结果，说明该途径在基片集成 波导带通滤波器设计中的应用是行之有效的。
实现。用矩形波导集成有源和无源器件，一般会 涉及到平面电路和非平面电路的连接，已经有不
提供了一个设计实例，数值结果说明该设计方法
在基片集成波导中的应用是行之有效的。
[5J
Deslandes 0
,
Wu Ke. Singl口 ubstrate integration tech-
nique of planar circui ts and wa veguide filters [J]. IEEE Trans Microwave Theory Tech , 2003 , 51:593-596. [6J Marcuvitz N. Waveguide handbook [M]. McGraw- Hill , 1951. [7J Matthaei R G L , Young L , Jones E M T. Microwave filters New York:
基片集成波导滤波器
Contents
1
SIW 产生背景 SIW 基本特性 CSRR 基本特性
CSRR-SIW 滤波器
射频与微波技术实验室
2
3
4
Waveguide
什么是波导
在微波或可见光波段中引导波按照一定 在微波或可见光波段中引导波按照一定 方向传播的装置 方向传播的装置
射频与微波技术实验室
总结
ＳＩＷ优点
损耗低、品质因数高、功率容量大 低剖面、尺寸小、易于集成 高通特性 带阻特性 左手特性
ＣＳＲＲ 思考
在此基础上如何实现超宽带、双通带滤波器？ 深入研究新型ＣＳＲＲ结构，进一步降低辐射损 耗，提升阻带特性。
射频与微波技术实验室
射频与微波技术实验室
CSRR基本性质
基本结构与等效电路
射频与微波技术实验室
CSRR谐振频率
谐振频率
可以推出，f0跟环半径、环间距、开口 跟环半径、 可以推出， 跟环半径 环间距、 间距有关 应用有限元仿真软件 HFSS 对 CSRR 进行性能分析。CSRR 外环半径为 3.5mm，环宽为0.5mm，环间距为 0.3mm，开口间距为 0.2mm。 ， 。
射频与微波技术实验室
CSRRs-Leabharlann IW Filter2007年 2007年
南京理工大学的车文荃教授设计了一个5阶带 南京理工大学的车文荃教授设计了一个 阶带 通滤波器，实现了带内最大差损小于1.5dB， 通滤波器，实现了带内最大差损小于 ， 回波损耗低于-20dB 回波损耗低于
射频与微波技术实验室
CSRRs-SIW Filter
2009年加州大学洛杉矶分校的Yuan 2009年加州大学洛杉矶分校的Yuan 年加州大学洛杉矶分校的 Dong， Dan Dong，Tatsuo Itoh
一种新型基片集成波导腔体滤波器的设计与实现
D esign and Rea liza tion of a Novel Substra te In tegra ted Wavegu ide ( S IW ) Cav ity F ilter
ZHANG Y u2lin1 , HO NG W e i1 , W U Ke1, 2 , TANG Hong2jun1 , HAO Zhang2cheng1 ( 1. S ta te Key L abora ta ry of M illim eterW aves, S ou theast U n iversity, N an jing 210096, Ch ina;
(6)式可以表示为 [ 9 ] :
i1
Z1 ·
i2
⁝
=
es 0,
⁝
iN
0
1 +p qe1
- jk12=
ω 0
L
·FBW
·
- jk21
⁝
p
… - jk2N
⁝⁝ ⁝
- jkN 1
- jkN 2
… 1 +p
qeN
其中
ω 0
= 1/
LC , 滤 波 器 相 对 带 宽 FBW
=
ω 2
-
ω 1
出端的微带宽度 ,从而得到所需要的数值 。
图 2 ( a) 双 SIW 腔体结构图 ; ( b) 双 SIW 腔体的散射参数曲线
1. 2 低阻 2高阻短微带线 [ 9]
通常
,电尺寸小于八分之一导波长度
λ g
的微带
线结构可以看作集总参数元件 ,电尺寸小于四分之
一
λ g
基片集成波导三腔感性耦合腔体滤波器的设计研究
基片集成波导三腔感性耦合腔体滤波器的设计研究作者：孙白平来源：《数字技术与应用》2013年第12期摘要：工程实际中常用的带通滤波器设计方法是从原形低通模型出发，经过频率变换和元件参数值的变换得到集总参数谐振腔元件数值的大小，再利用微波结构加以实现。
本论文以一个基片集成波导感性耦合腔体滤波器的设计为例，详细的阐述了基片集成波导腔体滤波器的设计过程。
之后，按照此类腔体滤波器的设计方法，设计了多款腔体带通滤波器，包括有极高的频率选择性的交叉耦合滤波器，具有优良的性能和小型化效果。
关键词：滤波器集成波导频率变换中图分类号：TN713.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0153-011 腔体耦合带通滤波器的设计步骤腔体耦合带通滤波器的设计可分为如下七个步骤：（1）根据设计指标对带内纹波的要求，选定滤波器是切比雪夫型还是巴特沃斯型。
一般来讲，在满足通带内的纹波时，都会选取切比雪夫型，因为它截止速率更快，使用元件数量更少，设计简便，易于调整。
（2）根据需要截止的频率，计算出低通原形滤波器需要的元件个数n。
若n计算得到非整数，则n取稍大一些的整数。
（3）若选取切比雪夫型滤波器，根据通带内可容忍的纹波程度的大小，以及元件个数n，查表得到原形低通滤波器中各个元件的值。
（4）根据设计指标中的带宽要求，计算出输入、输出腔的外部品质因数与各腔体之间的耦合系数。
（5）根据设计要求的中心频率，可得到基片集成波导谐振器的长度和宽度，一般情况下，使用正方形的谐振器。
（6）根据谐振器的结构设计耦合结构。
可以选择电耦合、磁耦合，是感性耦合还是金属通孔耦合等，提取输入、输出腔体的品质因数和各个腔体之间的耦合系数。
（7）整体仿真，对耦合系数、外部品质因数、各腔体之间谐振频率等敏感参数进行微调，使滤波器达到最佳性能。
这七个步骤为本章腔体滤波器设计的基础。
本节将详细叙述一款三腔体耦合带通滤波器，从滤波器设计指标的要求出发，到如和计算外部品质因数和耦合系数，再到如何在电磁仿真软件中提取计算所得参数。
腔体滤波器基础知识课件
带通滤波器技术指标
• 该指标另一个含义相同的名称是回波损耗，单位 为分贝（dB），二者可如下换算：
回 波 损 耗 =20LogVSW R1 VSW R+1
腔体滤波器基础知识
带通滤波器技术指标
• 隔离度
• 为了区分在有两个或者两个以上通带情况下（例 如双工器，合路器）相互通带之间的带外抑制， 这时我们统一称带外抑制为隔离。
微波及其特点
• 所谓微波是一种具有极高频率（通常为300 MHz~300GHz ），波长很短，通常为1m~ 1mm的电磁波。
波长=
光速 频率f 0
• 微波具有似光性和似声性、穿透性、信息 容量大等特点。
腔体滤波器基础知识
滤波器的基本原理
• 滤波器顾名思义就是对电磁波信号进行过 滤，让需要的信号通过，抑制不需要的信 号，主要目的为了解决不同频段、不同形 式的无线通讯系统之间的干扰问题，其特 性可以用通带工作频段、插入损耗、带内 波动、带外抑制、端口驻波比、隔离度、 矩形系数、功率容量、群时延指标来描述。
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 低通滤波器
腔体滤波器基础知识
低通滤波器电路原型
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 高通滤波器
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 带通滤波器
腔体滤波器基础知识
• 带通滤波器电路原型
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 带阻滤波器
腔体滤波器基础知识
带通滤波器技术指标
• 通过前面的图表可以查出谐振器的数目n=5, 这与 我们通过软件仿真得出的幅频响应曲线是基本符 合的。
腔体滤波器基础知识
腔体滤波器基础知识
基片集成波导I课件
contents
目录
• 基片集成波导概述 • 基片集成波导的制造工艺 • 基片集成波导的特性分析 • 基片集成波导的设计方法 • 基片集成波导的应用实例
01
基片集成波导概述
基片集成波导概述
• 基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）是 一种基于介质基片的导波结构，通过在介质基片上刻蚀出金属 导电结构，形成类似于波导的结构，用于传输电磁波。
可加工性强
基片集成波导可以采用标准的 微加工工艺进行制备，具有较 好的加工一致性和可重复性。
可应用于微机械系统
基片集成波导可以应用于微机 械系统中，作为机械传动、传
感器等器件的重要组件。
04
基片集成波导的设计方法
等效电路法
01
等效电路法是一种将基片集成波 导等效为传统波导的方法，通过 建立等效电路模型来分析其传输 特性和性能。
光学性能可调
通过改变基片集成波导的结构 参数，可以实现对光信号的调 控，从而实现可调谐的光学器 件。
机械特性
高稳定性
基片集成波导的结构设计使其 具有较高的机械稳定性，能够
承受一定的机械应力。
可承受较大应变
基片集成波导的材料和结构设 计使其具有较强的应变承受能 力，能够在较大的形变下保持 性能的稳定。
基片集成波导在雷达天线的制造中也有广泛应用，可以提高天线的增益和方向性。
传感器系统
பைடு நூலகம்
基片集成波导在传感器系统中 主要用于信号传输和检测。
基片集成波导具有灵敏度高、 响应速度快和稳定性好的优点 ，可以提高传感器系统的测量 精度和可靠性。
在传感器系统中，基片集成波 导可以用于温度、压力、流量 等物理量的测量和转换。
基片集成波导PPT课件
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(2-6)
3.对基片集成波导结构的数值分析
其中t / z z ，根据留数定理，由谱域积分可得
应用：可以用来设计各种高Q值的无源器件，诸如转 换器、滤波器、环形器及天线等，同时可将基片集成波导 元件与有源器件结合，设计各种高性能的有源电路，广泛 地应用于微波及毫米波电路中。
第6页/共81页
1.基片集成波导结构的实现方法及其分类
电壁：电场切向分量 为零的平面，相当于 理想导体导电平面 磁壁：磁场切向分量 为零的平面，相当于 理想导磁平面
(k
m
,
k
zm
,
'
q
)
J
M
(r
')(2-19)
上式中q代表考虑边界条件的圆柱，r是与转换坐标相关的 转换系数。所有几何参数的定义如图2-5所示。方程(2-13)-
(2-19)的数量取决于z向的波数 kzm m / h ，因此即要解
2m个矩阵方程。实际上由于基片集成器件一般制作在薄 的基片上所以矢量本征函数 m 0，1 。下面详细讨论根 据端口的特征可更进一步把上面公式简化。
Be Easy Integrated High Density Layout Low Q-factor High Insertion Loss for high f Moderate Performance
基片集成波导滤波器共32页文档
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！