X波段基片集成波導(dǎo)帶通濾波器的設(shè)計(jì)

　　普通金屬波導(dǎo)具有傳輸損耗小、功率容量大、品質(zhì)因數(shù)高等特點(diǎn)，但是不方便與其它微波毫米波電路集成，制作難度和成本也比較高。微帶類傳輸線由于傳輸損耗大、品質(zhì)因數(shù)低等因素，限制了電路的性能。基片集成波導(dǎo)是近年來(lái)提出的一種新型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有低差損、低輻射、高品質(zhì)因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)出接近于普通金屬波導(dǎo)的微波毫米波濾波器、功率分配器、耦合器和天線。這種新型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)能夠很方便地與微帶、共面波導(dǎo)等其它微波毫米波平面電路集成。

　　1 理論基礎(chǔ)

　　基片集成波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示：兩排金屬化通孔的中心間距為a，金屬化通孔的直徑和間距分別為d和p，介質(zhì)基片的厚度和介電常數(shù)分別為w和εr，電磁波在介質(zhì)基片的上下金屬面和兩排金屬化通孔所圍成的矩形區(qū)域內(nèi)以類似于介質(zhì)填充矩形波導(dǎo)中的場(chǎng)模式傳輸。

　　W.CHE等人對(duì)普通矩形金屬波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的等效性進(jìn)行了分析，L.Yan等人提出了基于MOL(Method of Lines)的用于分析基片集成波導(dǎo)傳輸特性的全波分析方法，并提出了反映普通矩形金屬波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)之間等效關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程

　　對(duì)TMx0n而言，其中：a表示等效矩形金屬波導(dǎo)的歸一化寬度，即基片集成波導(dǎo)寬度a與其等效的矩形金屬波導(dǎo)的寬度之比

　　由于基片集成波導(dǎo)與普通金屬波導(dǎo)具有近似的結(jié)構(gòu)和傳輸特性，可以采用等效矩形金屬波導(dǎo)的模型分析基片集成波導(dǎo)。文中將普通矩形金屬波導(dǎo)的并聯(lián)電感耦合波導(dǎo)濾波器的理論運(yùn)用到基片集成波導(dǎo)濾波器的設(shè)計(jì)之中。并聯(lián)電感耦合波導(dǎo)濾波器是用半波長(zhǎng)的波導(dǎo)段作為串聯(lián)諧振器，用電感膜片的并聯(lián)電感作為諧振器間的耦合結(jié)構(gòu)。

　　設(shè)計(jì)方法：

　　(1)設(shè)僅有TE10單模傳輸，選定低通原型，實(shí)現(xiàn)低通與帶通之間的轉(zhuǎn)換。

　　λg0、λgl、λg2、λg分別是在頻率ω0、ω1、ω2、ω上的波導(dǎo)波長(zhǎng)，Wλ是相對(duì)帶寬。

　　(2)計(jì)算出各阻抗變換器阻抗K。

　　已知這些阻抗變換器阻抗后，即可對(duì)電感膜片的尺寸和諧振器的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　(3)從各阻抗變換器阻抗計(jì)算出各并聯(lián)感抗X

　　(4)根據(jù)上面求得的歸一化電抗求出各諧振器的電長(zhǎng)度和各諧振器的長(zhǎng)度。

　　各諧振器的電長(zhǎng)度

　　(5)由各耦合膜片的感抗和矩形波導(dǎo)膜片電感加載關(guān)系曲線求出電感膜片的尺寸。

　　(6)利用矩形金屬波導(dǎo)與基片集成波導(dǎo)的等效關(guān)系，通過(guò)式(1)~式(4)將普通金屬波導(dǎo)并聯(lián)電感耦合濾波器所得到的設(shè)計(jì)尺寸轉(zhuǎn)換為基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)濾波器的尺寸。