雙膜基片集成波導(dǎo)(SIW)帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真

假設(shè)圖3所示的矩形腔體的長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、d。因?yàn)門(mén)Emn(n10)不能在SIW中傳輸，所以對(duì)于SIW諧振腔來(lái)說(shuō)，其諧振頻率的計(jì)算公
式如下：

對(duì)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(jù)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(dǎo)諧振腔的初始尺寸，然后再結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，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(jié)構(gòu)。
1．2 雙膜SIW諧振腔及其頻率調(diào)節(jié)
圓柱形波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)和微帶線都可以用來(lái)做雙膜濾波器。然而，一些典型的雙膜設(shè)計(jì)方法(如加調(diào)節(jié)螺釘、內(nèi)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(xiàn)提到采用切角、打孔、饋電擾動(dòng)等擾動(dòng)方式來(lái)應(yīng)用于SIW腔體。故此，本文選取了在SIW腔體對(duì)稱的
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)／2f0。
是大于還是小于取決于耦合結(jié)構(gòu)。對(duì)于第一種情況，可以通過(guò)加大諧振腔尺寸來(lái)調(diào)節(jié)頻率移動(dòng)；而對(duì)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(diào)節(jié)。當(dāng)然也可以不調(diào)節(jié)，分別針對(duì)這兩種情況加以利用。在實(shí)際的工程應(yīng)用中。要求sλ／20，當(dāng)SIW工作在高頻段時(shí)，為了滿足上述條件，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(xiàn)良好的濾波性能，降低加工難度；而對(duì)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(xiàn)良好的濾波性能，從而實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)出性能好、尺寸小的濾波器。

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