雙膜基片集成波導（SIW）帶通濾波器的設計與HFSS仿真

假設圖3所示的矩形腔體的長(cháng)、寬、高分別為a、b、d。因為T(mén)Emn(n10)不能在SIW中傳輸，所以對于SIW諧振腔來(lái)說(shuō)，其諧振頻率的計算公式如下：

對于具有相同諧振頻率的兩個(gè)模式來(lái)說(shuō)，則有如下關(guān)系：

根據選定的工作簡(jiǎn)并模式，利用公式(1)、(2)、 (3)來(lái)確定矩形波導諧振腔的初始尺寸，然后再結合有關(guān)文獻，就可以確定SIW腔體的尺寸。圖3所示是其金屬矩形諧振腔的基本結構。

1．2 雙膜SIW諧振腔及其頻率調節

圓柱形波導、矩形波導和微帶線(xiàn)都可以用來(lái)做雙膜濾波器。然而，一些典型的雙膜設計方法(如加調節螺釘、內角加工、在微帶貼片上加入十字槽等)并不適用于 SIW腔體。有文獻提到采用切角、打孔、饋電擾動(dòng)等擾動(dòng)方式來(lái)應用于SIW腔體。故此，本文選取了在SIW腔體對稱(chēng)的角上切兩個(gè)相同的方形切角作為微擾方 式。擾動(dòng)腔體的諧振頻率被分成f1和f2兩個(gè)高低不同的頻率，這兩個(gè)頻率的平均值(f1+f2)／2和原有腔體的諧振頻率f0往往不相等。類(lèi)似地，輸入／ 輸出部分的耦合也會(huì )造成諧振頻率的平移。這樣就會(huì )造成兩種情況：一是(f1+f2)／2>f0；二是(f1+f2)／2 P>

是大于還是小于取決于耦合結構。對于第一種情況，可以通過(guò)加大諧振腔尺寸來(lái)調節頻率移動(dòng)；而對于第二種情況，則可以通過(guò)減小諧振器尺寸或者在諧振腔上開(kāi) 個(gè)縫來(lái)減少諧振腔等效尺寸等方法來(lái)調節。當然也可以不調節，分別針對這兩種情況加以利用。在實(shí)際的工程應用中。要求 sλ／20，當SIW工作在高頻段時(shí)，為了滿(mǎn)足上述條件，往往要求金屬柱半徑以及它們之間的間距很小，以至于加工非常困難。而此時(shí)就可以利用第一 種情況，以較大的尺寸在較高頻率處實(shí)現良好的濾波性能，降低加工難度；而對于第二種情況，可以以更小的尺寸在較低的諧振頻率處實(shí)現良好的濾波性能，從而實(shí) 現濾波器的小型化。本文就是有效地利用了第二種情況，從而設計出性能好、尺寸小的濾波器。

2 雙膜濾波器的實(shí)現與仿真

圖4所示是雙膜SIW腔體帶通濾波器的結構示意 圖。在諧振腔的對角線(xiàn)上挖去兩個(gè)相同的立方體，輸入／輸出采用直接過(guò)渡的轉換結構。濾波器選用 Rogers RO3010作為介質(zhì)基板，其相對介電常數εr=10．2，損耗角正切tan d為0．0035；諧振腔長(cháng)度a為21．5 mm，寬b為21．5 mm，高h為0．5mm；切去的立方體邊長(cháng)cw為2．2 mm；中心饋線(xiàn)的寬度tw為0．72 mm。輸入／輸出采用無(wú)縫耦合的直接轉換結構，這樣可減少輸入／輸出結構的耦合損耗。

3 仿真結果分析

仿真可采用電磁仿真商業(yè)軟件HFSS來(lái)完成。通過(guò)仿真介質(zhì)諧振腔濾波器(濾波器源型)可以發(fā)現，不同的耦合輸入／輸出窗口寬度影響著(zhù)濾波器中心頻率的位 置，同時(shí)也影響耦合強度和帶內插入損耗。從圖5中看出，隨著(zhù)耦合窗寬度的增大，濾波器的中心頻率會(huì )上移，耦合減弱，帶內插入損耗變大，也就是濾波器的匹配 性能變差。

針對切去的立方體尺寸對濾波器性能的影響。從方便的角度考慮，應先保證一個(gè)角上的正方體尺寸不變，而改變另一個(gè)切去的立方體尺寸，然后觀(guān)察微擾變化對S 參數的影響。從圖6所示的曲線(xiàn)可以看出，微擾尺寸幾乎不改變S參數曲線(xiàn)的形狀，對中心頻點(diǎn)的影響不大，微擾越大，帶寬越寬，相應的高阻帶傳輸零點(diǎn)會(huì )往高頻 點(diǎn)移動(dòng)。

從以上結果可以看出，通過(guò)改變微擾大小可調節濾波器的帶寬，而改變耦合輸入／輸出窗口的寬度則可調節濾波器的中心頻率和匹配性能。