新SIW方形腔體雙膜濾波器的設(shè)計(jì)

2 雙膜濾波器的實(shí)現(xiàn)與仿真

圖4所示是雙膜SIW腔體帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意 圖。在諧振腔的對(duì)角線上挖去兩個(gè)相同的立方體，輸入／輸出采用直接過渡的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。濾波器選用 Rogers RO3010作為介質(zhì)基板，其相對(duì)介電常數(shù)εr=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(yuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，這樣可減少輸入／輸出結(jié)構(gòu)的耦合損耗。

3 仿真結(jié)果分析

仿真可采用電磁仿真商業(yè)軟件HFSS來完成。通過仿真介質(zhì)諧振腔濾波器(濾波器源型)可以發(fā)現(xiàn)，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(shí)也影響耦合強(qiáng)度和帶內(nèi)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(huì)上移，耦合減弱，帶內(nèi)插入損耗變大，也就是濾波器的匹配 性能變差。

針對(duì)切去的立方體尺寸對(duì)濾波器性能的影響。從方便的角度考慮，應(yīng)先保證一個(gè)角上的正方體尺寸不變，而改變另一個(gè)切去的立方體尺寸，然后觀察微擾變化對(duì)S 參數(shù)的影響。從圖6所示的曲線可以看出，微擾尺寸幾乎不改變S參數(shù)曲線的形狀，對(duì)中心頻點(diǎn)的影響不大，微擾越大，帶寬越寬，相應(yīng)的高阻帶傳輸零點(diǎn)會(huì)往高頻 點(diǎn)移動(dòng)。

從以上結(jié)果可以看出，通過改變微擾大小可調(diào)節(jié)濾波器的帶寬，而改變耦合輸入／輸出窗口的寬度則可調(diào)節(jié)濾波器的中心頻率和匹配性能。 綜合以上仿真研究并結(jié)合公式(1)、(2)，可先計(jì)算出SIW的相關(guān)尺寸。然后通過HFSS仿真對(duì)濾波器性能進(jìn)行優(yōu)化，最終所得出的設(shè)計(jì)電路具體尺寸為 h=O．5 mm，εr=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。

圖7所示是本設(shè)計(jì)的雙膜SIW腔體濾波器S參數(shù)的響應(yīng)曲線。從圖7中可以看出，采用本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的濾波器的中心頻率fo=4．95 GHz，3 dB相對(duì)帶寬FBW=4．36％，通帶內(nèi)插入損耗為0.9dB，反射損耗S11小于-22 dB，阻帶右側(cè)5．45 GHz處會(huì)形成一個(gè)傳輸零點(diǎn)，損耗接近-40 dB。

4 結(jié)束語

可以看出，通過應(yīng)用SIW技術(shù)可以設(shè)計(jì)出具有良好性能的雙膜窄帶帶通濾波器。其原理簡單、尺寸小、重量輕、帶內(nèi)插損小、阻帶衰減性能好；并且采用直接過渡的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，從而減少了耦合輸入／輸出損耗。相信會(huì)在許多地方有非常廣闊的前景。