论文部分内容阅读
伴随着第五代移动通信(5G)研究的广泛开展,射频前端的两个关键器件滤波器和天线在小型化、集成化和多功能化等方面研究成为热点。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)因为具备易于制作、设计灵活、制作成本较低等优势,在高频器件的设计与应用中得到了极大的利用。低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)技术因其可以实现三维集成而成为小型化器件设计的重要工艺。LTCC技术与SIW结构的相互结合,为设计出高性能和小型化的微波器件奠定了坚实的基础。本论文研究基于LTCC多层工艺的小型化滤波器与天线的工作原理及设计。本文的主要工作如下:1、基于LTCC技术的SIW滤波器研究本论文研究了多种耦合拓扑结构,设计了几款结构紧凑的多层SIW滤波器。第一款基于滤波器的耦合谐振器理论,将交叉耦合技术引入到了中心频率分别位于39GHz与28GHz以及31GHz的矩形腔体和圆形腔体的滤波器设计中,在通带外产生的传输零点(Transmission Zeros,TZs)提高了滤波器的选择性,同时证实了基于LTCC的滤波器在三维集成方面具有显著的优越性。第二款是全模的SIW腔体内加载圆形金属片并结合交叉耦合结构实现了小型化的SIW滤波器设计。最后针对传统交叉耦合只能综合设计一对传输零点的不足,基于电磁混合耦合技术可以改善滤波器性能的设计方法,提出一款工作于28GHz可用于5G通信频段的滤波器,通过在两个SIW谐振腔中心之间顶层金属上刻蚀的叉指槽线的方式构造了一种电磁混合耦合结构。不仅仅在滤波器的通带两侧产生了一对传输零点,又在低频处额外产生了第三个可控传输零点,进一步提高了滤波器的选择特性。2、基于LTCC技术的SIW天线研究在基于天线阵列理论的基础上,设计了两款中心频率为28GHz的毫米波波段的多层结构天线阵列。第一款是基于SIW功分器馈电的多层结构的小型化滤波天线,该天线采取2×2的组阵结构以实现较高的增益,位于底层的SIW腔体功分器之间的耦合结构产生滤波效果。结果表明该天线具备小型化,带宽宽,以及高增益等优点;第二款是加载介质谐振器的多层天线与阵列的设计。加载介质谐振器的天线单元结构是由底层的SIW上表面开缝隙对天线进行馈电,其馈电结构和辐射单元结构能够通过LTCC工艺有效地集成在一起。最后在天线单元基础之上设计了一款具有较高增益的多层基片集成波导天线阵列。馈电部分利用基片集成波导功率分配器对天线阵列进行馈电。经过软件仿真,天线阵性能良好,可以应用来作为未来5G系统的工作需求。该论文有图89幅,表7个,参考文献91篇。