论文摘要：平面缺陷结构谐振机理及其在小型化滤波器中的应用研究

无线通信系统日新月异的发展，使得人们对多功能、低成本和易于集成的小型化器件需求愈加迫切，如何从新工艺、新结构和新设计方法等途径出发来实现满足以上需求的器件已成为急需解决的关键问题。平面缺陷结构是指在金属地面或信号面上蚀刻一定形状的图案，具有明显的阻带和慢波效应、改善的寄生响应等优异特性，并且能够提供新的设计自由度，近年来备受关注并在高性能小型化滤波器构建中发挥重要作用。平面类型的电磁带隙（Electromagnetic Band-Gap，EBG）结构、缺陷地结构（Defected Ground Structure, DGS）和缺陷微带结构（Defected Microstrip Structure, DMS）均属于平面缺陷结构的范畴，为了与平面缺陷结构单元加以区分，将以一定周期重复的多个结构单元称为周期性平面缺陷结构，从小型化的需求出发，本文重点涉及平面缺陷结构单元，以及较少单元数目的周期性平面缺陷结构。

本文以小型化、多功能滤波器实现为目标，从平面缺陷结构谐振机理、新结构和新设计方法三个方面深入开展研究，主要研究工作及创新点包括：

(1) 从物理本源上揭示了周期性平面缺陷结构的谐振机理，并研究了适合一维周期性平面缺陷结构的带隙计算方法：a) 利用抽象出的平面缺陷结构单元模型，建立了两结构单元内的传输波和反射波分析模型，根据相位相干原理导出了两结构单元传输和反射响应谐振产生的条件，同时给出了传输响应中谐振点幅度的预测公式，微带EBG结构的仿真和测量结果均表明理论分析模型的正确性。b) 研究了一维周期性平面缺陷结构带隙计算的传输矩阵级联法和等效电路建模法，给出了两种方法的具体计算步骤和计算实例，带隙计算结果与全波仿真结果保持很好的一致性。

(2) 以新型紧凑的平面缺陷结构单元为中心组件，提出了一种小型化窄带带阻滤波器和一种小型化可调带阻滤波器，详细分析了所用平面缺陷结构单元的谐振模式：a) 开发了一种具有很窄3dB阻带宽度的小型化螺旋型DMS单元，利用该单元设计并实现了阻带中心频率抑制度大于45dB的小型化窄带带阻滤波器。b) 对共面波导哑铃型DGS单元的谐振模式进行了系统研究以便准确预测结构的所有传输零点，结构的谐振频率分析、场强分布和波印廷矢量分布均证实了理论分析的有效性，分析了改变该类型结构单元工作频率的方法以实现可调的阻带。c) 为了缩减可调带阻器件的尺寸，开发了共面波导改进哑铃型DGS单元，尺寸的最大缩减量达到了传统哑铃型单元的55.6%，通过在结构上加载变容二极管和直流偏置实现了具有宽调节范围的小型化可调带阻滤波器。

(3) 提出了每个阻带可以独立调整设计的新型小型化双频段、三频段和四频段带阻滤波器，给出了以上多频段滤波器的具体实现步骤： a) 分析了弯曲槽型DMS单元和简化螺旋型微带谐振器的谐振模式，利用这两种类型谐振器实现了具有改善寄生响应的平面双频段和三频段带阻滤波器。b) 通过由T型DMS和U型DGS构成的双平面缺陷结构实现了双频段带阻滤波器的尺寸缩减，双平面缺陷结构间的耦合分析验证了两个阻带可以独立调整。c) 为了继续增加阻带的数目，由双平面弯曲槽型结构和开口环谐振器构造了小型化四频段带阻滤波器，建立了该器件的等效电路模型。

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