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龙都娱乐W波段矩形波导滤波器的设想

时间:2018-04-19 17:52 作者: 点击:

龙都娱乐

  龙都娱乐,为研究滤波器参数与其传输机能之间的关系,设想了一款含交叉耦合布局的W波段矩形波导带通滤波器。交叉耦合布局使滤波器的矩形系数减小25.7%,无效加强了带外。分歧核心频次的3款滤波器模子的仿真数据证了然滤波器腔体布局参数与其核心频次之间的比例效应。利用电磁仿真软件HFSS对滤波器的尺寸参数进行了扫描阐发,成果显示,核心频次次要受腔体尺寸节制,耦合布局参数次要影响滤波器的损耗机能,耦合膜片厚度次要调理带宽。基于紫外光刻工艺对90 GHz滤波器模子进行了加工与测试,测试成果与仿真成果根基吻合。

  中文援用格局:白琼,张斌珍,段俊萍. W波段矩形波导滤波器的设想[J].电子手艺使用,2018,44(2):66-69,74.

  跟着现代通信手艺的成长,对通信系统容量的需求逐步增大。比来几年,因为低频波段和中频波段的敏捷饱和,越来越多的人起头对高频波段特别是W波段进行了相关的电磁研究[1]。W波段指的是频次从75 GHz~110 GHz的电磁信号,在此频次波段,波导器件的研究日益成熟。研究者们曾经设想了一些工作于W波段的射频器件[2-4],具有必然的适用价值。

  微波滤波器作为电磁通信系统中的主要组件,其机能黑白间接决定了电磁通信设备与系统的机能与价值。矩形波导因其低损耗、高功率容量等长处而被普遍使用于高频电磁通信系统中,而且其尺寸在毫米波频段以至更高频段内跟着频次的增大会急剧减小[5]。高频滤波器尺寸小,矩形波导布局简单且易于加工,因而高频矩形波导滤波器深受人们青睐。因而,开展滤波器尺寸参数与其机能目标(如总心频次、带宽、回波损耗、插入损耗、矩形系数等)之间的内在关系研究是必不成少的。

  基于上述需求,本文设想了一款W波段矩形波导滤波器,并利用电磁仿真软件HFSS对其布局参数进行了参数优化与仿真,研究了滤波器的机能目标与其各个布局参数之间的内在关系,为矩形波导滤波器的设想供给了新的思,也便利了滤波器的设想与仿真,有必然的现实意义。

  本文设想的滤波器模子全体布局及其相关参数如图1所示。滤波器四周封锁,仅保留输入与输出接口。考虑到滤波器的核心频次,滤波器的输入输出接口采用尺度矩形波导端口WR-10(2.54 mm×1.27 mm)毗连来实现信号的传输。为便与仿真与加工,滤波器全体布局高度与WR-10矩形波导口德高度连结分歧。

  研究者曾经提出了多种能实现相邻谐振腔之间能量互换的交叉耦合布局,例如CT布局、CQ布局等。交叉耦合布局的利用能在通带两侧各发生一个传输零点,提高带外。CQ交叉耦合布局简单易仿真,且对本文设想的模子而言,便与加工实现。本文设想的四腔矩形波导滤波器通过利用CQ交叉耦合布局实现第1谐振腔与第4谐振腔之间的能量互换,其交叉耦合模子如图2所示。

  故电耦合是为负纯虚数的耦合,具有+90°相位差;磁耦合为为正纯虚数的耦合,具有-90°相位差。滤波器能够等效为电容电感的,其为:

  易知,ω=ω0时,Z=0;ω<ω0时,Z为正纯虚数;ω>

  ω0时,Z为负纯虚数。因而,当谐振腔处于高频端时,其为正,相位差为-90°,相当于电感;当谐振腔处于低频端时,其为负,相位差为+90°,相当于电容。

  连系图2对本文设想的滤波器模子进行阐发。若主耦合为容性耦合(电耦合),交叉耦合为感性耦合(磁耦合),通带低端的主耦合相位差为+90°-90°+90°-90°+90°-90°+90°=+90°,通带低端的交叉耦合相位差为+90°+90°+90°=-90°+360°,通带高端的主耦合相位差为-90°-90°-90°-90°-90°-90°-90°=+90°-360°-360°,通带高端的交叉耦合相位差为-90°+90°-90°=-90°,因而若信号幅度相等,彼此抵消,会在通带低端和通带高端各发生一个传输零点。同理,若主耦合为磁耦合,交叉耦合为电耦合,通带低端的主耦合相位差为+90°+90°+90°+90°+90°+90°+90°=-90°+360°+360°,通带低端的交叉耦合相位差为+90°-90°+90°=+90°,通带高端的主耦合相位差为-90°+90°-90°+90°-90°+90°-90°=-90°,通带高端的交叉耦合相位差为-90°-90°-90°=+90°,因而若信号幅度相等,互相抵消,会在通带低端和通带高端各发生一个传输零点。可是当主耦合和交叉耦合都为电耦合或都为磁耦应时,主耦合和交叉耦合相位差不异,无法抵消,不会在通带两侧发生传输零点。

  利用HFSS仿真软件对无交叉耦合布局的滤波器模子和有交叉耦合布局的模子别离进行了仿真和优化。无交叉耦合布局的滤波器模子和其S参数最终仿线所示,含交叉耦合布局的滤波器模子及其S参数最终仿线(b)能够发觉,加载交叉耦合布局后在通带两侧别离发生了一个传输零点。不含交叉耦合布局模子的30 dB带宽(18.2 GHz)与3 dB带宽(8.7 GHz)之比为2.09,而加载交叉耦合布局模子之后,其30 dB带宽(12.5 GHz)与3 dB带宽(8.0 GHz)之比为1.56。矩形系数(30 dB带宽与3 dB带宽之比)下降了25.7%,带外较着获得了加强。

  矩形谐振腔的谐振频次与其各边长之间的关系如式(6)[6]所示。式(6)中,fmnl为矩形谐振腔模式频次,a、b、l别离为矩形谐振腔的长、宽、高。别离对80 GHz、90 GHz、100 GHz 3个核心频次的滤波器模子进行了仿真优化,优化后的参数尺寸如表1所示。表1中a、b别离为波导口长和高,t为膜片厚度,A1、A2别离为谐振腔1和4的长、谐振腔2和3的长,L为谐振腔宽,WS1、W12、W23、W34、W4L别离为谐振腔间膜片间距,WP为交叉耦合膜片宽度。

  90 GHz核心频次滤波器模子的全波仿线 GHz核心频次滤波器模子的全波仿真S参数曲线所示。当滤波器的核心频次从80 GHz添加到90 GHz时,核心频次添加了11.1%,同时,腔体参数A1、A2、L别离减小10.8%、11.4%、11.8%,耦合布局参数WS1、W12、W23、W34、W4L、WP别离减小10.8%、10.9%、11.1%、10.9%、10.8%、8.4%。当滤波器的核心频次从90 GHz添加到100 GHz时,核心频次添加了10%,同时腔体参数A1、A2、L别离减小10.1%、9.8%、10.3%,耦合布局参数WS1、W12、W23、W34、W4L、WP别离减小10.2%、12.2%、9.8%、12.2%、10.2%、10.2%。通过上述对核心频次和其各个布局参数之间的阐发,能够发觉滤波器的核心频次与其全体布局参数之间具有着必然的不异的比例关系,为矩形波导滤波器分歧核心频次模子的设想供给了现实根据。

  为了研究矩形波导滤波器的各个机能目标(核心频次、带宽、插入损耗、回波损耗等)与其相关布局参数尺寸之间的内在关系,本文以90 GHz核心频次滤波器模子为例进行了具体的研究。

  以参数W23为例,阐发了耦合布局参数与回波损耗之间的内在关系。耦合布局参数W23的S参数扫描曲线 mm,滤波器的回波损耗曲线较着变好。其他耦合布局参数WS1、W12、W34、W4L等城市对滤波器的回波损耗发生必然的影响。

  耦合膜片厚度t的S参数扫描曲线 GHz减小到5.4 GHz。可是,不管膜片厚度若何改变,矩形波导滤波器的核心频次没有发生改变。跟着带宽的添加,滤波器的带外响应下降,因而需要分析考虑带宽目标与带外目标,设想出合适需求的滤波器。

  基于SU-8厚光刻胶工艺对90 GHz核心频次矩形波导滤波器模子进行了加工,并对其电磁机能参数进行了测试。滤波器分为盖子和主体两部门进行加工,然后用银导电胶将两部门拼接在一路完成滤波器的加工。滤波器的趋肤深度为0.22 mm,滤波器概况溅射铜层厚度为0.7 mm,大于3倍的趋肤深度。溅射后的滤波器模子如图10所示。加工后的滤波器模子利用R&S ZV40收集阐发仪进行了测试,测试成果与仿线所示。测试成果与仿真成果根基吻合,但损耗偏大,缘由有良多,最有可能的缘由是封装不严密。

  RF MEMS器件封装方式分为多个层面,每个层面也有良多种分歧的封装方式,若何选择取决于其本身的布局以及其对机能的要求。针对本文设想和加工的矩形波导滤波器而言,起首要优先考虑的是滤波器布局的优化,以降低封装带来的额外的损耗,其次需要考虑到器件对尺寸的要求,最初还要考虑到工艺的难度。本文设想的滤波器选择在布局设想过程中揉合对封装布局的设想,一共选择了卡槽式和盖板式两种拼接方式。卡槽式是在主体布局四周设想响应的卡槽,在对应的盖板上设想响应的卡板,最初用导电银胶粘合完成两部门之间的拼接。盖板式是间接在盖板边缘设想一圈包裹壁,将主体布局完全包住。

  卡槽式封装能够较着降低辐射损耗,降低测试难度,可是其卡槽的深宽比力高,卡槽内的光刻胶不易清理,会给加工带来不小的难度。盖板式封装虽然容易加工,可是其损耗偏大,且不易测试。本文选择卡槽式最终来实现滤波器的封装,至于卡槽内的光刻胶显影问题,采用超声和打针器连系的方决。

  基于对矩形波导滤波器的研究与阐发,本文设想了一款含交叉耦合布局的W波段矩形波导滤波器。滤波器的矩形系数因交叉耦合布局的加载而减小了25.7%,带外较着加强。通过对滤波器各个布局参数的阐发,研究了其与滤波器机能目标之间的内在关系,对矩形波导滤波器的设想有必然的参考意义。