基于基片集成波导高次模的毫米波滤波器研究

毫米波因其波长短、频带宽和抗干扰能力强等优点，在雷达、通信和电子对抗等领域中的应用广泛。基于基片集成波导高次模的毫米波滤波器研究是面向毫米波领域，研究基片集成波导高次模理论,探索基于基片集成波导高次模的毫米波滤波器设计新思路，为通信和雷达等应用提供体积适中、成本低、功耗小及性能高的电路模块。本项目展开对基片集成波导高次模的理论研究，探索基片集成波导高次模传输理论、不连续性及互连方法、损耗特性及降低损耗理论和高次模耦合机理等问题；研究基于基片集成波导高次模的高性能毫米波滤波器设计理论、实现方法及验证。这项研究，将阐明基片集成波导高次模工作机理，提出的基于基片集成波导高次模的毫米波电路的设计理论与方法，是一种全新的探索，为其它毫米电路设计提供借鉴，具有重要的理论价值；同时本研究将为雷达、通信和航空航天等领域的提供价格低、功率容量大和电性能可靠的毫米波滤波器，具有广阔的市场和应用前景。

伴随着无线通信技术的迅猛发展，新型微波毫米波结构也不断被用到电路中来。作为一种新型导波结构，基片集成波导(Substrate-Integrated Waveguide, SIW)是一种兼具金属波导功率容量大、Q值高和微带线体积小、重量轻等优点的平面波导。然而，由于微波电路尺寸与工作波长之间的可比拟性，随着工作频率不断升高，工作波长逐渐减小，电路尺寸急剧缩减，增加了对系统加工精度的要求。而采用高次模，可以在保证相当体积的前提下，让SIW电路工作在较高频段，满足通信的要求。项目主要研究内容包括：1） SIW高次模的传播理论和腔体特性研究：开展了SIW中微波传输模式的研究，分析SIW中高次模的传播理论，探索高次模式有效的激励方法和非工作模式的抑制技术；2) SIW的不连续性及互连方法研究：开展了平面集成波导与传输线之间连接与建模技术的研究；3) 毫米波SIW损耗理论和功率容量特性研究：建立了SIW的损耗模型和功率容量分析模型；4) SIW的高次模耦合机理及其调控方法研究：针对SIW高次模耦合在滤波器中应用，设计出耦合系数矩阵综合软件，实现SIW中高次模式耦合特性分析和控制；5) 基于SIW高次模的毫米波滤波器设计理论与实验验证：开展了SIW高次模与微带谐振器耦合的滤波器设计研究，通过多基片集成波导的特性和基片集成波导互联方法的研究，探索了基片集成波导谐振腔的设计方式，以及与微带线互联时的特性参数提取，并结合SIW的特性，实现了一款混合微带/基片集成波导高次模滤波器。同时，利用SIW接地面开槽的形式，激励起SIW中的高次模，并把它用在滤波器的设计中，以馈线开槽和接地开槽的形式分别控制外部耦合和内部模式耦合。开展了SIW高次模腔体耦合滤波器的研究，设计了耦合系数综合软件，用在这种滤波器的设计中，有效提高了基片集成波导高次模滤波器的设计效率，对其它类型的耦合谐振滤波器也有借鉴意义。