寬帶高隔離度SIW功分器設計

摘要：介紹了一種新型高隔離度寬帶介質集成功分器。該功分器的頂層金屬上設計了三個蝶形的輻射縫隙用以增強SIW(基片集成波導)功分器的帶通特性。用耦合槽和電阻將魔T中的匹配電場臂平面化，將其用于該功分器來增強輸出端口間的隔離度。同時輸入與輸出端口均采用微帶到SIW的過渡結構以減少回波損耗，使功分器在保持較好回波損耗的同時具有較高的輸出端口隔離度。詳細介紹了設計原理和仿真分析，對實物進行了測試。

引言

　　金屬波導器件已經被廣泛的運用在微波毫米波通信系統中，但是它們的低集成度和高生產成本阻礙了進一步應用。基片集成波導(SIW)由于它具有高Q值、高集成度和易于加工的特性，并能方便的實現與微帶線，共面波導等平面傳輸線的集成，已成為微波無源器件研究的新方向。目前，在功分器、濾波器和耦合器等無源器件的設計中運用該技術已經顯示出了SIW相比較于金屬波導的優越特性。本文運用三維電磁仿真軟件設計了一個新型結構的Ku波段基片集成波導功分器，實測結果表明該結構的功分器具有較好的性能。

1 功分器原理介紹

　　本文將具有濾波功能的碟形結構和魔T平面化電場匹配臂運用到這一新型功分器上。該功分器的濾波結構通過在SIW器件頂層蝕刻出放射槽來實現，如圖1所示。這一蝶形結構被用來增強頻率選擇性，顯著的減少了回波損耗^[1]。在提高隔離度方面，通常通過在輸出端口間插入隔離電阻來實現，但該方法一般只適用于微帶線結構。魔T結構的各端口之間有著很好的隔離特性，但是其波導的結構使其占用體積過大，將這一結構平面化后用于SIW功分器的設計，在輸出端口間取得了較高的隔離度^[2]，如圖2所示。同時，為了減少信號在傳輸過程中的損失，在輸入輸出端口均采用了微帶到SIW的過渡設計^[3]。

　　由文獻[4]可知，SIW功分器的截止頻率由以下公式決定：

(1)

　(2)

　　公式中(1)中f_c是功分器截止頻率，W_eff是SIW器件工作的等效矩形波導寬度，W則是SIW器件的物理寬度。D和P分別是金屬通孔的直徑和孔間距。C是光在真空中的速度，ε_r是介質的相對介電常數。

2 功分器的實現

　　本文設計的SIW功分器布局如圖3所示。由于SIW結構具有高通特性，而電磁狹縫帶隙結構具有阻帶的特性，因此用一個周期性的蝶形輻射結構被刻蝕在SIW的頂層去實現這一濾波響應^[5]。影響這一特性的主要有碟形縫隙之間的距離LR，碟形兩端扇形的半徑r，弧度角θ，以及連接上下兩個扇形的縫隙長條，其高為g，寬度為S。這些參數通過電磁仿真進行優化，從而得到最好的帶外抑制。