双膜基片集成波导（SIW）带通滤波器的设计与HFSS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)／2 P>

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。

3 仿真结果分析

仿真可采用电磁仿真商业软件HFSS来完成。通过仿真介质谐振腔滤波器(滤波器源型)可以发现，不同的耦合输入／输出窗口宽度影响着滤波器中心频率的位 置，同时也影响耦合强度和带内插入损耗。从图5中看出，随着耦合窗宽度的增大，滤波器的中心频率会上移，耦合减弱，带内插入损耗变大，也就是滤波器的匹配 性能变差。

针对切去的立方体尺寸对滤波器性能的影响。从方便的角度考虑，应先保证一个角上的正方体尺寸不变，而改变另一个切去的立方体尺寸，然后观察微扰变化对S 参数的影响。从图6所示的曲线可以看出，微扰尺寸几乎不改变S参数曲线的形状，对中心频点的影响不大，微扰越大，带宽越宽，相应的高阻带传输零点会往高频 点移动。

从以上结果可以看出，通过改变微扰大小可调节滤波器的带宽，而改变耦合输入／输出窗口的宽度则可调节滤波器的中心频率和匹配性能。