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插入介质波导的传输特性及其应用研究

丁让箭  
【摘要】: 伴随着微波技术的发展,微波工程正向着毫米波/亚毫米波波段高速延伸。由于工作频率的提高,金属导电性能降低,加之表面加工粗糙,使传输线中的损耗大到不能容忍的程度,同时色散和高次模等问题变得十分突出。金属波导的导体损耗急剧增加,而鳍线和微带线等传输线则对加工工艺要求过高,不利于大规模应用。为了克服这些波导中的致命弱点,人们广泛采用介质波导用于毫米波/亚毫米波的传输。插入介质波导具有损耗低、横向尺寸较大、对加工工艺要求较低等优点,非常适合毫米波/亚毫米波的传输。 众所周知,随着现代微波毫米波电路系统的高速发展,整个系统迅速向小型化、高可靠性、多功能性和低成本的方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。集成电路的出现使得大量的功能器件可以集成于一个模块之中,大大减小了系统的体积,提高了系统的功能和加工的可靠性,也降低了系统的成本。由于巨大的市场需求,基片集成技术已成为当前微波毫米波系统研究的一个热点。 本文紧密围绕插入介质波导的传输特性以及集成应用情况,具体展开了如下几方面的工作: 1.采用一种基于等效电路的方法,系统地分析了插入介质波导中两种主模式(LSE,LSM)的色散特性以及衰减特性。将插入介质波导与其他几种波导进行了比较,结果说明了工作于LSM模式的插入介质波导具有传输损耗低、横向尺寸大、对加工工艺要求低等优点,尤其适合高频电磁波的传输; 2.提出了一种基于人工神经网络模型、结合电磁场数值算法的波导内不连续结构的等效集总参数的提取方法,该方法避免了繁琐的场分析,具有极强的通用性,对器件的设计具有重要的实用价值; 3.提出了适用于低频的微带线—LSE模式插入介质波导馈电结构,以及适用于高频的矩形波导—LSM模式插入介质波导馈电结构,分别优化设计了该两种馈电结构,并加工了微带—插入介质波导接头的测试样品; 4.提出将传统的插入介质波导在结构上进行改进,抑制了辐射损耗,设计了工作于LSE和LSM模式的插入介质波导带通滤波器,并加工了LSE模式的测试样品; 5.采用奇偶模方法分析了LSE和LSM模式耦合插入介质波导的传输特性,并加工了LSE模式插入介质波导耦合段的测试样品; 6.提出了运用基片集成技术将LSM模式的插入介质波导设计成基片集成插入介质波导,给出了基片集成插入介质波导的经验设计公式,并在基片集成插入介质波导中实现了带通滤波器。


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