1、SI W 帶通濾波器仿真設計精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除謝謝20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

2、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

3、質因數高、輻射 損耗小、便于設計等優點。精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除 謝謝31.1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(n 10)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。lit) I t-KC(b)TET(

4、 (|IS2閒并樓的電場分布圖：精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除謝謝4圖3金屬矩形諧振腔基本結構田假設圖3所示的矩形腔體的長、寬、高分別為a、b、d。因為TEmn(n10)不能 在SIW中傳輸，所以對于SIW諧振腔來說，其諧振頻率的計算公式如下:對于具有相同諧振頻率的兩個模式來說，則有如下關系:何尺()2吋(勻2+嚀，JC中*P和g足另一帥模式的下標這樣就可 以摧岀：選定的工作簡并模式，利用公式（1）、（2）、（3）來確定矩形波導諧振腔的初始尺 寸，然后再結合有關文獻，就可以確定SIW腔體的尺寸。圖3所示是其金屬矩 形諧振腔的基本結構。1.2雙膜SIW諧振腔及其頻率調節精品資料僅

5、供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除 謝謝5圓柱形波導、矩形波導和微帶線都可以用來做雙膜濾波器。然而，一些典型的雙膜設計方法（如加調節螺釘、內角加工、在微帶貼片上加入十字槽等）并不適用于SIW腔體。有文獻提到采用切角、打孔、饋電擾動等擾動方式來應用 于SIW腔體。故此，本文選取了在SIW腔體對稱的角上切兩個相同的方形切 角作為微擾方式。擾動腔體的諧振頻率被分成fl和f2兩個高低不同的頻率，這兩個頻率的平均值（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造成諧振頻率的平移。這樣就會造成兩種情況：一是（f1+f2）/2f0;二是（f1+f2）/2是大于還是

6、小于取決于耦合結構。對于第一種情況，可以通過加大諧振腔尺寸來調節頻率移動；而對于第二種情況，則可以通過減小諧振器尺寸或者在 諧振腔上開個縫來減少諧振腔等效尺寸等方法來調節。當然也可以不調節，分 別針對這兩種情況加以利用。在實際的工程應用中。要求s入/20，當SIW工作在高頻段時，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。而此時就可以利用第一種情況，以較大的尺寸在 較高頻率處實現良好的濾波性能，降低加工難度；而對于第二種情況，可以以 更小的尺寸在較低的諧振頻率處實現良好的濾波性能，從而實現濾波器的小型化。本文就是有效地利用了第二種情況，從而設計出性能好、尺

7、寸小的濾波2雙膜濾波器的實現與仿真圖4所示是雙膜SIW腔體帶通濾波器的結構示意圖。在諧振腔的對角線上 挖去兩個相同的立方體，輸入/輸出采用直接過渡的轉換結構。濾波器選用Rogers R03010作為介精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除謝謝6質基板，其相對介電常數r=10 2，損耗角正切tan d為0.0035;諧振腔長度a為21.5 mm，寬b為21.5 mm，高h為0.5mm;切去的立方體邊長cw為2.2 mm;中心饋線的寬度tw為0.72 mm。輸入/輸出采用無縫耦合的直接轉換結構，這樣可減少輸入/輸出結構 的耦合損耗。3仿真結果分析精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪

8、除謝謝7仿真可采用電磁仿真商業軟件HFSS來完成。通過仿真介質諧振腔濾波器（濾波器源型）可以發現，不同的耦合輸入/輸出窗口寬度影響著濾波器中心頻 率的位置，同時也影響耦合強度和帶內插入損耗。從圖5中看出，隨著耦合窗寬度的增大，濾波器的中心頻率會上移，耦合減弱，帶內插入損耗變大，也就 是濾波器的匹配性能變差。.羈合宙寬At總亠工3mm- 輯舍窗寬嚏口耳一2惘皿 ”* I合5?竟白mm/GHe用5不同窗口寬度対5參數的協嗎哉纜針對切去的立方體尺寸對濾波器性能的影響。從方便的角度考慮，應先保證一 個角上的正方體尺寸不變，而改變另一個切去的立方體尺寸，然后觀察微擾變 化對S參數的影響。從圖6所示的曲線

9、可以看出，微擾尺寸幾乎不改變S參數 曲線的形狀，對中心頻點的影響不大，微擾越大，帶寬越寬，相應的高阻帶傳 輸零點會往高頻點移動。精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除 謝謝8|6齊同徵擾尺寸曲S參敲的彩呦曲憑從以上結果可以看出，通過改變微擾大小可調節濾波器的帶寬，而改變耦 合輸入/輸出窗口的寬度則可調節濾波器的中心頻率和匹配性能。綜合以上仿真研究并結合公式（1）、（2），可先計算出SIW的相關尺寸。然 后通過HFSS仿真對濾波器性能進行優化， 最終所得出的設計電路具體尺寸為h=O.5 mm，r=10 2，tan d=0.0035，a=b=21.5 mm，d=0.8 mm，s=1.2 mm，cw=2.2 mm，tw=0.72 mm，cw=8.4 mm，ba=2 mm。0 05 50 05-5- o oI I 1 122 23 3aprclEaprclE三一空精品資料僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除 謝謝9iiJftSIW腔體濾波器S參數角飼屯圖7所示是本設計的雙膜SIW腔體濾波器S參數的響應曲線。從圖7中可以看出，采用本設計實現的濾波器的中心頻率fo=4.95 GHz,3 dB相對帶寬FBW=4.36%，通帶內插入損耗為0.9 dB，反射損耗S11小于-22 dB，阻帶 右側5.45GHz處會形成一個傳輸零點，損耗