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基于人工磁导体的微波毫米波器件的研究与应用

李茂娅  
【摘要】:近年来,人工磁导体(Artificial Magnetic Conducter,AMC)因其兼具对平面波的同相反射特性和特定频段的电磁带隙特性,能够突破传统微波毫米波器件结构设计的局限而被广泛应用于微波毫米波器件中,可以提高微波毫米波器件的整体性能。人工磁导体具有结构简单,成本低,容易生产制造等优点。间隙波导(Gap Waweguide,GW)是一种在平行板波导的基础上,利用AMC周期阵列结构并将空气作为传播介质,使得该结构能在很大程度上减小介质材料带来的损耗的新型的毫米波波导结构。本文着重研究了基于脊间隙波导技术在微波毫米波无源器件中的应用,能够改善传统微带电路在毫米波段损耗大的不足,研究具有一定的实用参考价值。本文首先介绍人工磁导体的基本原理,分析了人工磁导体的基本特性和人工磁导体电磁带隙的设计与分析方法,并在此基础上设计了一款所需频段的蘑菇型人工磁导体结构和一款中心频率为30GHz的印刷脊间隙波导。并应用印刷脊间隙波导分别设计了一款具有上边带传输零点和一款下边带具有传输零点的三阶耦合带通滤波器。仿真结果显示,实现了在滤波器通带范围内,插入损耗小于1d B,回波损耗小于-15d B,具有频率选择性好,带外抑制度高的特点。然后,在蘑菇型AMC结构和印刷脊间隙波导基础上,提出了一款环形耦合结构的crossover。该crossover与传统crossover相比,具有平面双层结构,具有结构简单,器件整体剖面低,可以通过传统印刷电路板工艺实现,易于与其他器件进行集成等优点。并且利用脊间隙波导结构,可以弥补传统波导和微带结构在毫米波频段损耗大的缺点,实现低损耗,传输性能好的的特点。仿真结果显示该毫米波频段crossover中心频率30.5GHz,在工作频段内,插入损耗小于0.5d B,回波损耗小于-20d B,隔离度大于20d B。具有良好的传输性能和双通道隔离特性。最后,在基于前面的工作基础上,利用分支线耦合结构,提出了一款基于印刷脊间隙波导的双传输极点宽带crossover。该crossover弥补了前面提出的环形耦合结构的带宽相对较窄的不足,可以应用于宽带领域。利用分支结构crossover,可以应用于巴特勒矩阵,实现无源波束形成馈电网络。仿真结果显示,该分支结构crossover在工作频段内,插入损耗小于1d B,隔离度大于20d B,工作带宽3.5GHz,相对带宽20%。


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