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，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了SIW到微帶的轉換。
關鍵詞：基片集成波導；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、科技等領域有著廣泛的應用。而微波毫米波電路技術的發展，更加要求這些濾波器應具有低插入損耗、結構緊湊、體積小、質量輕、成本低的特點。傳統用來做濾波器的矩形波導和微帶線已經很難達到這個要求。而基片集成波導(SIW)技術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，經過擾動后的諧振器可以看作一個雙調諧電路。分離的簡并模式產生耦合后，會產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是一類新型的人工集成波導，它是通過在平面電路的介質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因數高、輻射損耗小、便于設計等優點。

1．1 基片集成波導諧振腔
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換需要的耦合就越小。由于諧振腔中的無數多個模式中存在著正交關系，故要讓這些模式耦合發生能量交換，必須對理想的結構加擾動。但是，為了保持場結構的原有形式，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耦合，同時也可以保證場的原有結構。