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研究生:余景堯
研究生(外文):YU CHING YAO
論文名稱:整合於平面電路之帶拒波導濾波器
論文名稱(外文):A Band-Stop Waveguide Filter Integrated with Planar Circuits
指導教授:鄭瑞清
指導教授(外文):Jui-Ching Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:平面式波導介質漸進架構波導帶拒濾波器
外文關鍵詞:TRL
相關次數:
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摘 要

本論文主要以設計平面式波導帶拒濾波器為主軸。首先利用微帶線與介質漸進架構,將傳統波導立體式的饋入改善成平面式架構,使易於與其他電路整合。然後探討各個設計參數的影響,並整理出一個最佳化的結果。為了量測此轉接架構的S參數,我們提出一特殊的TRL校正步驟。首先以TRL方式校正到微帶線末端,然後以此校正參數量測包含此轉接之波導TRL校正組件,最後以TRL公式即可直接計算出此轉接架構的S參數。模擬以及量測值對照的結果證實此方法和此轉接架構的可行性。量測結果顯示,在10.05 GHz至15 GHz範圍可達到插入損耗小於 -1.41dB。接著使用週期性結構實現本文提出之開槽式波導來達到帶拒濾波器的效果,利用計算週期性結構的公式來預測截止帶,然後串接起來模擬並實作之,最後討論量測時所造成的損耗效應,並代入公式與模擬驗證提出的論點。
Abstract

  The main theme of this thesis is to design a planar waveguide band-stop filter. First, a microstrip-to-waveguide transition is implemented by two taper structures on the microctrip line and the substrate to replace the traditional 3D structure with a planar one. This helps the integration to other circuits. Design parameters are studied to reach an optimal result. In order to directly measure the S-parameters of the transition, a special TRL calibration procedure is proposed. First, the TRL calibration is applied to the end of the microstrip line. Then, the calibration parameters are applied to measure the S-parameters of the waveguide TRL calibration kits including the transition. Finally, the S-parameters of the transition is computed from the TRL formulation. Measurement and simulation results of the transition are compared to verify the feasibility of this procedure and the planar transition. An insertion loss smaller than -1.41dB from 10.05 GHz to 15 GHz is accomplished. Next, periodic structures in the waveguide are used to implement band-stop filters. By using analytic formula to predict the stop bands of an ideal periodic structure, band-stop filters can be formed by cascading several cells. Simulation and measurement are performed. Discrepancy in insertion loss between simulation and measurement are studied and are attributed to the metallic loss of the waveguide.
目 錄

中文摘要…………………………………………………..……..………i
英文摘要……………………………………………………..………….ii
目錄……………………………………………………………..……….iii
圖目錄……………………………………………………...……………vi
表目錄…………………………………………………...………………xi
第一章 緒論
1.1 前言…………………………………………...…………………1
1.2 研究背景與動機…………………………………...……………2
1.3 章節內容說明………………………………………...…………3
第二章 平面式寬頻微帶線饋入波導轉接器之設計
2.1 概述………………………………………………………….…4
2.2 微帶線直接饋入式波導…………………………………..……5
2.2.1 微帶線直接饋入式波導基本理論與結構分析……….…5
2.2.2 結果討論………………………………….………………7
2.3 漸進式微帶線饋入式波導………………………..……………7
2.3.1 模擬結果比較……………………………………………8
2.3.2 原理探討與比較…………………………………………9
2.4 微帶線波導轉換參數探討……………………………………10
2.4.1 微帶線多重漸近架構………………………...…………10
2.4.2 微帶線末端寬度微調……………………………………11
2.4.3 伸入介質之寬度微調…………………………...………12
2.4.4 饋入介質兩旁矩形金屬…………………...……………12
2.4.5 架構最佳化………………………………………...……13
2.5 模擬雙埠架構驗證……………………….……………………13
2.6 實作與量測…………………………………………….………14
2.7 量測原理…………………………………………………….…16
2.7.1 TRL校正原理…………………………………...………16
2.7.2 TRL校正步驟…………………………………...………17
2.8 利用TRL校正原理計算波導轉接參數………………………18
2.9 波導實作量測之探討……………………………….…………20
2.9.1 校正到微帶線末端之量測與計算…………...…………20
2.9.2 校正到波導內側之量測與計算……………...…………21
2.10 結論………………………………………..………………23
第三章 波導量測之探討與應用
3.1 概述……………………………………………….……………50
3.2 週期性結構………………………………….…………………50
3.2.1 週期性結構之原理……………………...………………51
3.3 週期性結構之應用-EBG……………………...………………53
3.3.1 電容性EBG……………………………..………………54
3.3.2 電感性EBG………………………………..……………55
3.4 週期性結構之應用-開槽式波導…………………...…………56
3.4.1 開槽式波導接上微帶線轉接之驗證…………...………58
3.5 週期性結構實作與量測………………………….……………58
3.5.1 量測結果………………………………………...………59
3.5.2 量測結果之探討…………………………...……………60
3.6 結論………………………………………………….…………64
第四章 結論……………………….……………………………………82
參考文獻……………………………………………….………………..84
附錄…………………..……………………………………….…………86








圖目錄

圖2.1 微帶線架構………………….…………………………………24
圖2.2 矩形波導……………………………….………………………24
圖2.3 三角形漸進式微帶線…………………….……………………24圖2.4 微帶線與矩形波導轉接架構(架構一) ……….………………25
圖2.5 微帶線與矩形波導轉接架構一結果…………………….……25
圖2.6 微帶線的電場分佈圖……………………………….…………26
圖2.7 矩形波導TE10 mode電場分佈圖…………………..…………26
圖2.8 介質基板漸進式往中間縮減架構(架構二) ………….………26
圖2.9 介質基板漸進式往兩旁縮減架構(架構三) ……….…………27
圖2.10 架構二介入損耗的微調結果……………………….…………27
圖2.11 架構三介入損耗的微調結果…………………………….……28
圖2.12 多重漸進式微帶線架構(架構四) ………………….…………28
圖2.13 架構四不同寬度下微調的結果………………………….……29
圖2.14 架構三與架構四的介入損耗之比較………………….………29
圖2.15 漸近式微帶線的電流密度………………………………….…30
圖2.16 微帶線末端寬度微調結果…………………….………………30
圖2.17 伸入介質之寬度微調結果……………………………….……31
圖2.18 基板兩旁側面各加上一個矩形金屬之架構(架構五) ….……31
圖2.19 架構五S21與S11模擬結果圖…………………….……………32
圖2.20 最佳化架構圖………………………………………….………32
圖2.21 最佳化架構S21與S11模擬結果圖……………………….……33
圖2.22 微帶線轉波導全部架構圖(架構六) ………………….………33
圖2.23 架構六之S21與S11模擬結果圖………………………………34
圖2.24 架構六加上螺絲孔後的實作圖(架構七) ……………….……34
圖2.25 架構七之S21與S11模擬結果…………………………………35
圖2.26 (a)為微帶線介質饋入構造……………………………….……36
圖2.26 (b)拆開後的波導架構圖……………………………….………36
圖2.26 (c)組合一半的波導架構圖, …………………………………37
圖2.26 (d)組合完整的波導架構圖…………………………….………37
圖2.27 (a)SOLT校正量測結果……………………………...…………39
圖2.27 (b)TRL校正量測結果………………………………….………39
圖2.28 波導轉接模擬與量測結果比較…………………….…………40
圖2.29 SOLT校正平面示意……………………………………………41
圖2.30 TRL校正平面示意………………………………..……………41
圖2.31 (a)Through量測方塊示意圖………………………………...…42
圖2.31 (b)Reflect量測方塊示意圖………………………………….…42
圖2.31 (c)Line量測方塊示意圖…………………………………….…42
圖2.32 TRL校正治具與待測物示意圖………………..………………43
圖2.33 微帶線與波導校正平面示意圖………………….……………43
圖2.34 微帶線TRL校正治具實作圖…………………………………44
圖2.35 最後待測物轉換後的S參數結果……………………….……44
圖2.36 波導TRL校正治具(a)Through……………………………..…45
圖2.36 波導TRL校正治具(b)Reflect…………………………………45
圖2.36 波導TRL校正治具(c)Line……………………………………46
圖2.37 波導error(a)Sa計算結果…………………………….…………47
圖2.37波導error (b)Sb計算結果…………………………….…………47
圖2.38 模擬與自行撰寫之程式的S參數比較……………….………48
圖2.39 網路分析儀與提出TRL程式波導Line之S21 ……….………49
圖2.40 網路分析儀與提出TRL程式波導Line之S21相位圖…….…49
圖3.1 單一元素示意………………………………………...…………64圖3.2 電容性EBG金屬面截面圖………………………….…………64
圖3.3 電容EBG金屬面的β與α值………………………….………64
圖3.4 電容性EBG金屬面串接5個模擬結果………………..………65
圖3.5 電納值b與頻率對應關係圖……………………………………65
圖3.6 電感性EBG金屬面截面圖……………………………….……66
圖3.7 電感EBG金屬面的β與α值…………………..….…………66
圖3.8 電納值b與頻率對應關係圖………………………….………67
圖3.9 波導上層金屬開槽示意圖……………………………….……67
圖3.10 波導開槽上層架構圖…………………………………….……68
圖3.11 開槽式波導電納與頻率對應關係圖………………….………68
圖3.12 開槽式波導β與α值………………………………..…………69
圖3.13 串接開槽式波導S11與S21結果………………………..………69
圖3.14 開槽式波導接上微帶線轉接S11與S21結果……………….…71
圖3.15 圖3.13與圖3.15比較………………………………….………71
圖3.16介質波導上面挖一個橫向槽孔示意圖……………….………72
圖3.17介質波導橫向槽孔β與α值………………………….………72
圖3.18介質波導橫向槽孔串接5個模擬圖………….…………….…73
圖3.19介質波導縱向槽孔示意圖…………………….………….……73
圖3.20介質波導縱向槽孔β與α值…………………………………..74
圖3.21介質波導縱向槽孔串接5個模擬圖………………..…………74
圖3.22 以25N板當介質的開槽式波導架構………………….………75
圖3.23以25N板當介質的開槽式波導架構β與α值………….………75圖3.24以25N板當介質的開槽式波導架構串接架構…..………….…75
圖3.25串接5個週期後的S11與S21…………. ………….……….……76
圖3.26電納值與頻率關係對照圖………….…………………………..76
圖3.27 (a)為實作的矩形波導………………………………..…………77
圖3.27 (b)為實作的開槽式波導…………………………….…………77
圖3.28 實作的TRL校正kit……………………………………………78
圖3.29 TRL校正之後的結果……………………………………..……78
圖3.30 (a)矩形波導量測結果…………………………………..………79
圖3.30 (b)開槽式波導量測結果……………………………….………79
圖3.31 頻率與αd的關係圖…………………………………….………80
圖3.32 頻率與αc的關係圖……………………………………………80
圖3.33 微調導電係數之參數設定後的S21與S11結果……………..…81
圖3.34 開槽式波導利用HFSS模擬結果(金屬有損耗) ….………..…81















表目錄

表2.1 架構一尺寸參數………………………………………………..6
表2.2 架構二之尺寸參數……………………………………………..8
表2.3 架構三之尺寸參數.. ……………………………………………9
表2.4 架構四之尺寸參數. ………………………………....…..…….11
表2.5 架構六之尺寸參數.. …………………………………..………14
表2.6 架構七螺絲孔之尺寸參數. ……………………….…….…….15
表3.1 以25N當介質之開槽式波導架構.. ……………….…………60
參考文獻

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[13] David M. Pozar , “Microwave Engineering” 2nd Ed , Wiley, 1998, ch. 4.
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