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随着电子系统向多功能、小型化、低成本方向快速发展,人们对系统级封装(System on Package,SoP)中各类高性能小型化无源元件的需求也越来越强烈。因而,从实现工艺、结构布局和设计方法等方面寻找适应SoP中高集成度和兼容性要求,又具有低插损、高功率容量、多功能等优点的新型微波无源元件实现技术变得很有必要。为此,本报告系统研究了小型化基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)滤波器和双带混合环耦合器(Dual-BandHybrid Ring Coupler)的相关问题,并实现了多款性能优良的紧凑型滤波器、耦合器和协同设计的多功能无源元件。
本报告的主要研究工作和创新点为:
1)提出了利用共面波导非谐振节点产生交叉耦合的消逝模SIW滤波器,基于低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺实现的元件面积不到传统SIW腔体滤波器的1/10,且具有优秀的寄生抑制特性。还提出了一种基于支节加载加脊SIW的LTCC宽带滤波器,其中加脊SIW的主模截止频率在通带之内。
2)提出了两种SIW与平面结构混合集成的小型化滤波器。一种是结合SIW与阶梯阻抗谐振器的双带滤波器,另一种是结合全模/半模SIW腔体和微带双模谐振器的扩展二项式滤波器。在两种滤波器设计中,对其工作机理均进行了深入的理论分析和实验验证,使其性能进一步改善。
3)将带通滤波器的耦合谐振器模型拓展为三端口和四端口形式。基于无源元件多功能协同设计的理念,设计出了首款SIW巴伦滤波器和首款SIW平衡滤波器,分别采用PCB和LTCC工艺实现。它们都具有良好的频率选择性、输出平衡度和寄生抑制特性。
4)导出了带有理想反相器的任意功分混合环耦合器设计方程。提出一类应用阶梯阻抗技术的小型化双带任意功分混合环耦合器,周长比传统混合环缩短65-70％,可采用双面平行带线实现。利用支节加载短路谐振器设计了一款双带通180°混合耦合器,同时提供功率分配与合成、带通滤波和双带工作三种功能。