X波段基片集成波導帶通濾波器的設計

　　2 設計實例

　　2.1 基片集成波導與微帶過渡的設計

　　測試基片集成波導器件既不能利用傳統(tǒng)測試金屬波導的實驗裝置，也不能利用測試微波毫米波平面電路的實驗裝置。文中利用基片集成波導易與其他微波平面電路集成的特點，采用微帶漸進線，如圖2所示，實現(xiàn)基片集成波導與50 Ω微帶線的過渡，通過50 Ω微帶線實現(xiàn)對基片集成波導濾波器的測試。經HFSS 10仿真優(yōu)化后，得到如下的過渡尺寸：l=4 mm，w=0.64 mm，d=1.8 mm。

　　2.2 基片集成波導濾波器的設計

　　文中設計的基片集成波導帶通濾波器參數(shù)如下：濾波器的中心頻率是9.5 GHz，通帶9.1~9.9 GHz(相對帶寬8.42%)，通帶內允許有0.5 dB的波紋，阻帶頻率分別是8.3 GHz和10.7 GHz，阻帶上的最小衰減是40 dB。該濾波器采用9階切比雪夫并聯(lián)電感耦合波導濾波器結構，介質基片選用高介電常數(shù)基片CER_10(介電常數(shù)是9.5，厚度是0.63 mm)。選用高介電常數(shù)基片一方面可以有效地減小基片集成波導濾波器的尺寸，另一方面由于高介電常數(shù)基片的損耗正切相對較大，也會增加基片集成波導濾波器的插入損耗。

　　X波段基片集成波導濾波器尺寸如下：

　　2.3 仿真分析

　　運用HFSS 10仿真，結果如圖3所示。

　　由仿真結果可知，該濾波器的中心頻率是9.5 GHz，帶寬是1 GHz，通帶內插入損耗是1.9 dB，回波損耗<一20 dB。在阻帶頻率是8.3 GHz和10.7 GHz的阻帶上，阻帶衰減>50 dB。

　　利用惠普8510矢量網絡分析儀進行測試，實測結果，如圖4所示。由實測結果可知，該濾波器的中心頻率是9.58 GHz，帶寬是800 MHz，通帶內插入損耗是3.8 dB，紋波是0.2 dB，回波損耗<一15 dB，在阻帶頻率是8.3 GHz和10.7 GHz的地方，阻帶衰減>44 dB。實測插入損耗偏高是因為實測插入損耗除了濾波器本身的損耗外還包括一對SMA接頭的損耗和微帶漸變線過渡的損耗。實測中心頻率向高頻段漂移了80 MHz，帶寬減小了200 MHz，主要是由基片的介電常數(shù)不穩(wěn)定造成的。在頻率是14 GHz的地方出現(xiàn)寄生通帶是基片集成波導中的高次模相互作用的結果，可以通過調整諧振器的長度使寄生通帶遠離濾波器通帶。加工實物，如圖5所示。

　　3 結束語

　　文中利用基片集成波導結構設計并制作出了一種X波段中心頻率是9.58 GHz、相對帶寬是8.35%的9階切比雪夫并聯(lián)電感耦合波導帶通濾波器。該濾波器在9.18~9.98 GHz的通帶范圍內表現(xiàn)出了良好的性能。要想獲得更理想的結果，除了保證仿真模型和測試方法的準確外，更需要進一步提高加工精度，減小加工誤差。