雙膜基片集成波導(SIW)帶通濾波器的設計與仿真

摘要：根據多模激勵的單腔體諧振器原理以及基片集成波導(SIW)高Q值、低損耗、大功率容量的特點(diǎn)，提出了一種新的SIW方形腔體雙膜濾波器的設計方法。該方法通過(guò)在SIW腔體兩個(gè)對稱(chēng)角上切角作為微擾來(lái)使簡(jiǎn)并模式分離并產(chǎn)生耦合，從而形成了中心頻率在4．95GHz的窄帶帶通濾波器，并最終采用直接過(guò)渡方式實(shí)現了SIW到微帶的轉換。
關(guān)鍵詞：基片集成波導；帶通濾波器；雙膜諧振器；傳輸零點(diǎn)

0 引言
濾波器在無(wú)線(xiàn)通信、軍事、科技等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。而微波毫米波電路技術(shù)的發(fā)展，更加要求這些濾波器應具有低插入損耗、結構緊湊、體積小、質(zhì)量輕、成本低的特點(diǎn)。傳統用來(lái)做濾波器的矩形波導和微帶線(xiàn)已經(jīng)很難達到這個(gè)要求。而基片集成波導(SIW)技術(shù)為設計這種濾波器提供了一種很好的選擇。
SIW的雙膜諧振器具有一對簡(jiǎn)并模式，可以通過(guò)對諧振器加入微擾單元來(lái)使這兩個(gè)簡(jiǎn)并模式分離，因此，經(jīng)過(guò)擾動(dòng)后的諧振器可以看作一個(gè)雙調諧電路。分離的簡(jiǎn)并模式產(chǎn)生耦合后，會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)。所以，雙膜濾波器在減小尺寸的同時(shí)，也增加了阻帶衰減。而且還可以實(shí)現較窄的百分比帶寬?？墒?，雙膜濾波器又有功率損耗高、插入損耗大的缺點(diǎn)。為此，本文提出了一種新型SIW腔體雙膜濾波器的設計方法。
該SIW的大功率容量、低插入損耗特性正好可以對雙膜濾波器的固有缺點(diǎn)起到補償作用。而且輸入／輸出采用直接過(guò)渡的轉換結構，也減少了耦合縫隙的損耗。

l 雙膜諧振原理及頻率調節
SIW是一類(lèi)新型的人工集成波導，它是通過(guò)在平面電路的介質(zhì)層中嵌入兩排金屬化孔構成的，這兩排金屬化孔構成了波導的窄壁，圖1所示是基片集成波導的結構示意圖。這類(lèi)平面波導不僅容易與微波集成電路(MIC)以及單片微波集成電路(MMIC)集成，而且，SIW還繼承了傳統矩形波導的品質(zhì)因數高、輻射損耗小、便于設計等優(yōu)點(diǎn)。

1．1 基片集成波導諧振腔
一般情況下，兩個(gè)電路的振蕩頻率越接近，這兩個(gè)電路之間的能量轉換需要的耦合就越小。由于諧振腔中的無(wú)數多個(gè)模式中存在著(zhù)正交關(guān)系，故要讓這些模式耦合發(fā)生能量交換，必須對理想的結構加擾動(dòng)。但是，為了保持場(chǎng)結構的原有形式，這個(gè)擾動(dòng)要很小。所以，本文選擇了SIW的簡(jiǎn)并主模TE102和TE201，它們的電場(chǎng)分布圖如圖2所示。因為T(mén)M和TEmn(n10)不能夠在SIW中傳輸。因此，一方面可以保證在小擾動(dòng)時(shí)就可以實(shí)現耦合，同時(shí)也可以保證場(chǎng)的原有結構。