摘要：提出一種基于半模基片集成波導和缺陷地結(jié)構(gòu)的新型寬帶帶通濾波器，蔣半模基片集成波導的高通特性與改進的啞鈴形缺陷地結(jié)構(gòu)的低通特性結(jié)合，實現(xiàn)了一種寬帶小型化的帶通濾波器。仿真與測試結(jié)果表明，該濾波器中心頻率為5．3 GHz，相對帶寬為53％，通帶范圍內(nèi)插入損耗小于1．6 dB。該濾波器具有寬帶小型化，容易集成等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：半?；刹▽В蝗毕莸亟Y(jié)構(gòu)；啞鈴形缺陷地結(jié)構(gòu)；寬帶帶通濾波器
0 引言
近年來，基片集成波導(SIW)在微波及毫米波電路設(shè)計中得到了廣泛的應用。基片集成波導具有品質(zhì)因數(shù)高，功率容量大，易于集成，成本低等優(yōu)點。然而，在有的應用場合，SIW的體積仍然比較大；為進一步地縮小尺寸，一種小型化結(jié)構(gòu)“半?；刹▽?rdquo;被提出來。半?；刹▽?HMSIW)具有與SIW相似的傳輸和截止特性，而且尺寸減小了1／2，結(jié)構(gòu)更加緊湊。
缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)是在微帶線的接地金屬板上刻蝕周期或非周期的柵格結(jié)構(gòu)，改變傳輸線的分布電感和分布電容，獲得帶阻特性和慢波特性等。啞鈴型DGS結(jié)構(gòu)簡單，已被廣泛地應用在低通濾波器的設(shè)計中。
本文將具有高通傳輸特性的HMSIW與具有低通特性的改進的周期性啞鈴形DGS結(jié)構(gòu)結(jié)合，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的寬帶帶通濾波器。
1 寬帶帶通濾波器的設(shè)計
1．1 半?；刹▽?br />
將SIW沿中心面切開，得到的1／2結(jié)構(gòu)就是HMSIW，切開的面可近似等效為理想磁壁。HMSIW的寬度大約是SIW的1／2，但它具有和SIW相似的傳播和截止特性。HMSIW的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中d是金屬化通孔的直徑，p是相鄰金屬化孔的距離，Wh是HMSIW的寬度，錐形過渡線的寬度和長度分別是Wt和Lt，輸入輸出的微帶線寬度和長度分別是W0和L01。
合理選擇金屬孔的大小和間距，SIW可以等效為介質(zhì)填充的矩形波導。根據(jù)要求的截止頻率3．7 GHz，可以由式(1)計算出SIW的寬度WSIW =25．2 mm，HMSIW的寬度Wh大約是對應的WSIW的1／2。
錐形過渡線的寬度Wt和長度Lt最佳尺寸需要經(jīng)過全波仿真和優(yōu)化來確定，以實現(xiàn)更寬的工作帶寬和更小的損耗。HMSIW的傳輸特性曲線如圖2所示。在4．1～8．9 GHz的范圍內(nèi)反射損耗小于-10 dB，由此可見，HMSIW具有較好的高通傳輸特性。
1．2 改進的啞鈴形DGS結(jié)構(gòu)
如圖3所示，改進的DGS結(jié)構(gòu)是將傳統(tǒng)的啞鈴型DGS中間的矩形縫隙偏移到了上、下兩個矩形的一端，而且采用微帶線補償?shù)姆绞礁纳艱GS低通濾波器的帶內(nèi)特性。
如圖4所示，改進的DGS結(jié)構(gòu)的帶內(nèi)波紋特性得到了改善，帶內(nèi)反射損耗減小，由圖5可知，導帶寬度Wc主要影響DGS低通濾波器的通帶特性，對阻帶特性影響較小。而且隨著其值的不斷 增加，通帶內(nèi)的波紋越來越小，通帶特性越來越好；其次，對阻帶衰減極點的影響可忽略不計。
1．3 HMSIW-DGS帶通濾波器
半?；刹▽Ь哂懈咄▊鬏斕匦?，周期性啞鈴形DGS具有低通傳輸特性，將兩者結(jié)合就可實現(xiàn)寬帶帶通濾波器。如圖6所示，由于過渡部分的微帶線逐漸變寬，具有微帶線補償作用，所以將兩對改進的啞鈴型DGS刻蝕在HMSIW過渡結(jié)構(gòu)的下方以減小反射損耗。優(yōu)化DGS和HMS IW部分之間的距離t1可以得到S11性能最好的結(jié)果。優(yōu)化后的濾波器的尺寸如表1所示。
2 測量結(jié)果
濾波器的實物如圖7所示，與傳統(tǒng)的SIW帶通濾波器相比，這種HMSIW帶通濾波器尺寸變得更小，更易于集成。
圖8給出了仿真和測試曲線，仿真與實測結(jié)果吻合的較好。實測結(jié)果中，濾波器的中心頻率為5．3 GHz，相對帶寬可達51％(3．9～6．7 GHz)，具有良好的寬帶特性；帶內(nèi)最大插入損耗小于1．6 dB。
3 結(jié)語
該濾波器結(jié)合了HMSIW的高通特性和周期性DGS的低通特性，實現(xiàn)了較寬的帶寬，帶內(nèi)反射損耗特性較好。與傳統(tǒng)的SIW濾波器相比，該濾波器具有小型化、結(jié)構(gòu)筒單、更易于集成的特點，具有廣泛的應用前景。
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