雙膜基片集成波導(dǎo)(SIW)帶通濾波器的設(shè)計與仿真

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

0 引言
濾波器在無線通信、軍事、科技等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yīng)具有低插入損耗、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、成本低的特點。傳統(tǒng)用來做濾波器的矩形波導(dǎo)和微帶線已經(jīng)很難達到這個要求。而基片集成波導(dǎo)(SIW)技術(shù)為設(shè)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并模式，可以通過對諧振器加入微擾單元來使這兩個簡并模式分離，因此，經(jīng)過擾動后的諧振器可以看作一個雙調(diào)諧電路。分離的簡并模式產(chǎn)生耦合后，會產(chǎn)生兩個極點和一個零點。所以，雙膜濾波器在減小尺寸的同時，也增加了阻帶衰減。而且還可以實現(xiàn)較窄的百分比帶寬。可是，雙膜濾波器又有功率損耗高、插入損耗大的缺點。為此，本文提出了一種新型SIW腔體雙膜濾波器的設(shè)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起到補償作用。而且輸入／輸出采用直接過渡的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，也減少了耦合縫隙的損耗。

l 雙膜諧振原理及頻率調(diào)節(jié)
SIW是一類新型的人工集成波導(dǎo)，它是通過在平面電路的介質(zhì)層中嵌入兩排金屬化孔構(gòu)成的，這兩排金屬化孔構(gòu)成了波導(dǎo)的窄壁，圖1所示是基片集成波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。這類平面波導(dǎo)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(tǒng)矩形波導(dǎo)的品質(zhì)因數(shù)高、輻射損耗小、便于設(shè)計等優(yōu)點。

1．1 基片集成波導(dǎo)諧振腔
一般情況下，兩個電路的振蕩頻率越接近，這兩個電路之間的能量轉(zhuǎn)換需要的耦合就越小。由于諧振腔中的無數(shù)多個模式中存在著正交關(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(jié)構(gòu)加擾動。但是，為了保持場結(jié)構(gòu)的原有形式，這個擾動要很小。所以，本文選擇了SIW的簡并主模TE102和TE201，它們的電場分布圖如圖2所示。因為TM和TEmn(n10)不能夠在SIW中傳輸。因此，一方面可以保證在小擾動時就可以實現(xiàn)耦合，同時也可以保證場的原有結(jié)構(gòu)。