一種新型的HMSIW寬帶帶通濾波器

摘要：提出一種基于半模基片集成波導和缺陷地結構的新型寬帶帶通濾波器，蔣半模基片集成波導的高通特性與改進的啞鈴形缺陷地結構的低通特性結合，實現了一種寬帶小型化的帶通濾波器。仿真與測試結果表明，該濾波器中心頻率為5．3 GHz，相對帶寬為53％，通帶范圍內插入損耗小于1．6 dB。該濾波器具有寬帶小型化，容易集成等優點。
關鍵詞：半模基片集成波導；缺陷地結構；啞鈴形缺陷地結構；寬帶帶通濾波器

0 引言
近年來，基片集成波導(SIW)在微波及毫米波電路設計中得到了廣泛的應用。基片集成波導具有品質因數高，功率容量大，易于集成，成本低等優點。然而，在有的應用場合，SIW的體積仍然比較大；為進一步地縮小尺寸，一種小型化結構“半模基片集成波導”被提出來。半模基片集成波導(HMSIW)具有與SIW相似的傳輸和截止特性，而且尺寸減小了1／2，結構更加緊湊。
缺陷地結構(DGS)是在微帶線的接地金屬板上刻蝕周期或非周期的柵格結構，改變傳輸線的分布電感和分布電容，獲得帶阻特性和慢波特性等。啞鈴型DGS結構簡單，已被廣泛地應用在低通濾波器的設計中。
本文將具有高通傳輸特性的HMSIW與具有低通特性的改進的周期性啞鈴形DGS結構結合，實現結構緊湊的寬帶帶通濾波器。

1 寬帶帶通濾波器的設計
1．1 半模基片集成波導
將SIW沿中心面切開，得到的1／2結構就是HMSIW，切開的面可近似等效為理想磁壁。HMSIW的寬度大約是SIW的1／2，但它具有和SIW相似的傳播和截止特性。HMSIW的基本結構如圖1所示。圖中d是金屬化通孔的直徑，p是相鄰金屬化孔的距離，Wh是HMSIW的寬度，錐形過渡線的寬度和長度分別是Wt和Lt，輸入輸出的微帶線寬度和長度分別是W0和L01。

合理選擇金屬孔的大小和間距，SIW可以等效為介質填充的矩形波導。根據要求的截止頻率3．7 GHz，可以由式(1)計算出SIW的寬度WSIW =25．2 mm，HMSIW的寬度Wh大約是對應的WSIW的1／2。

錐形過渡線的寬度Wt和長度Lt最佳尺寸需要經過全波仿真和優化來確定，以實現更寬的工作帶寬和更小的損耗。HMSIW的傳輸特性曲線如圖2所示。在4．1～8．9 GHz的范圍內反射損耗小于-10 dB，由此可見，HMSIW具有較好的高通傳輸特性。