双膜基片集成波导(SIW)带通滤波器的设计与仿真

假设图3所示的矩形腔体的长、宽、高分别为a、b、d。因为TEmn(n10)不能在SIW中传输，所以对于SIW谐振腔来说，其谐振频率的计算公
式如下：

对于具有相同谐振频率的两个模式来说，则有如下关系：

根据选定的工作简并模式，利用公式(1)、(2)、 (3)来确定矩形波导谐振腔的初始尺寸，然后再结合有关文献，就可以确定SIW腔体的尺
寸。图3所示是其金属矩形谐振腔的基本结构。
1．2 双膜SIW谐振腔及其频率调节
圆柱形波导、矩形波导和微带线都可以用来做双膜滤波器。然而，一些典型的双膜设计方法(如加调节螺钉、内角加工、在微带贴片上加入十字槽等)并不适用于SIW腔体。有文献提到采用切角、打孔、馈电扰动等扰动方式来应用于SIW腔体。故此，本文选取了在SIW腔体对称的
角上切两个相同的方形切角作为微扰方式。扰动腔体的谐振频率被分成f1和f2两个高低不同的频率，这两个频率的平均值(f1+f2)／2和原有腔体的谐振频率f0往往不相等。类似地，输入／输出部分的耦合也会造成谐振频率的平移。这样就会造成两种情况：一是(f1+f2)／2>f0；二是(f1+f2)／2f0。
是大于还是小于取决于耦合结构。对于第一种情况，可以通过加大谐振腔尺寸来调节频率移动；而对于第二种情况，则可以通过减小谐振器尺寸或者在谐振腔上开个缝来减少谐振腔等效尺寸等方法来调节。当然也可以不调节，分别针对这两种情况加以利用。在实际的工程应用中。要求sλ／20，当SIW工作在高频段时，为了满足上述条件，往往要求金属柱半径以及它们之间的间距很小，以至于加工非常困难。而此时就可以利用第一种情况，以较大的尺寸在较高频率处实现良好的滤波性能，降低加工难度；而对于第二种情况，可以以更小的尺寸在较低的谐振频率处实现良好的滤波性能，从而实现滤波器的小型化。本文就是有效地利用了第二种情况，从而设计出性能好、尺寸小的滤波器。

2 双膜滤波器的实现与仿真
图4所示是双膜SIW腔体带通滤波器的结构示意图。在谐振腔的对角线上挖去两个相同的立方体，输入／输出采用直接过渡的转换结构。滤波器选用Rogers RO3010作为介质基板，其相对介电常数εr=10．2，损耗角正切tan d为0．0035；谐振腔长度a为21．5 mm，宽b为21．5 mm，高h为0．5mm；切去的立方体边长cw为2．2 mm；中心馈线的宽度tw为0．72 mm。输入／输出采用无缝耦合的直接转换结构，这样可减少输入／输出结构的耦合损耗。