本技术提供一种波导滤波移相器的设计方法,具体包括步骤(1)矩形波导滤波器设计;步骤(2)计算滤波器每一阶段的电压驻波比,为步骤一计算每个部分的长度提供归一化电抗由于设计出的带通滤波器中相邻的谐振腔具有相似的物理尺寸,步骤(3)矩形波导滤波器移相器设计;步骤(4)波纹结构设计,设置波纹结构的高度和宽度;步骤(5)仿真优化,以达到需要的设计指标;步骤(6)相位差的计算,验证矩形波导滤波移相器的移相大小和精度。本发明通过设计的矩形波导滤波器和矩形波导滤波移相器的实际仿真相位相比较,得出相应的相位差值和精确度。
背景技术
随着下一代无线通信技术的迅速发展,更多的频谱资源得到利用,而且相控阵技术也被逐渐引入民用基站天线。而滤波器和移相器作为通信系统的关键器件也变得更加重要,它们的电性能直接影响着整个通信系统的质量。
滤波器能有效抑制干扰信号,提高信噪比,而移相器则通过改变电磁波的传输相速度来调整信号的相位。随着毫米波、太赫兹频段的开发和利用,传统的平面传输线和器件损耗太大,而空气波导传输线和各种波导类型的器件由于损耗很小,得到了业界更多的关注。波导滤波器主要根据腔体滤波器原理进行设计,而腔体滤波器采用多个谐振腔和耦合腔级联形成谐振电路(LC)等效回路。矩形波导带通滤波器通常使用对称耦合半波长谐振腔结构,谐振腔的长度会影响波导通带内的频率响应。
移相器的实现方案也有很多,根据传输线结构不同可分为矩形波导移相器、共面波导移相器和带状线移相器等类型。按工作原理差异分类,移相器可分为铁电移相器、液晶移相器、PI N二极管移相器、场效应管移相器等,每种都具有独特的结构、材料和物理机理。例如,基片集成波导(S IW)移相器结合了矩形波导和微带线的特性,可以通过慢波效应或微带结构产生相移;波纹波导移相器采用对称波纹结构,在电磁场传播过程中体现出不连续的电感或者电容特性,从而实现相位的增加或者减少。申请号为CN200820124241.7的专利中公开了一种移相曲线可预置的圆极化器,里面提出了在圆波导或者是方波导中等间距的加入金属膜片以实现移相和圆极化的目的,这一设计可以有效控制传输时正交模的相移。文献【宁云炜,陈卯蒸,王惠.超宽带波纹波导正交模移相器设计[J].无线电工程,2016,46(9):5.DO I:10.3969/j.i ssn.1003-3106.2016.09.16.】进一步详细介绍了这一结构产生移相的原理和优化过程。然而,他们并未在矩形波导中测试波纹波导移相器的适用性。
在通信系统中,滤波器和移相器往往需要结合使用,通常是采用级联方式,即让电磁波信号经过滤波器滤波后,再由移相器产生相应的相移。目前,多功能融合微波器件正逐渐成为微波工程界的研究热点。考虑到毫米波、太赫兹频段已经被纳入6G无线通信,为了最大程度降低传输损耗,减小系统体积,有必要在毫米波、太赫兹频段设计出波导滤波移相器。
目前,将滤波和相移功能进行融合设计的微波器件主要是用微带线或者带状线结构实现的,虽然有效解决了尺寸和低频损耗问题,但在毫米波、太赫兹频段会产生显著的介质损耗和辐射,无法有效利用。
在毫米波、太赫兹频段常用的传输线和器件往往采用波导形式,而目前可查阅的波导滤波器和波导移相器都是分立器件,在通信系统搭建中需要进行级联,不仅增加了系统的整体尺寸和重量,还因器件之间的连接引入了更多的传输损耗。
实现思路