圖4所示是雙膜SIW腔體帶通濾波器的結構示意圖。在諧振腔的對角線上挖去兩個相同的立方體，輸入／輸出采用直接過渡的轉換結構。濾波器選用Rogers RO3010作為介質基板，其相對介電常數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換結構，這樣可減少輸入／輸出結構的耦合損耗。
圖4 雙膜SIW帶通濾波器示意圖
3、仿真結果分析
仿真可采用電磁仿真商業軟件HFSS來完成。通過仿真介質諧振腔濾波器(濾波器源型)可以發現，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，同時也影響耦合強度和帶內插入損耗。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上移，耦合減弱，帶內插入損耗變大，也就是濾波器的匹配性能變差。
圖5 不同窗口寬度對S參數的影響曲線
針對切去的立方體尺寸對濾波器性能的影響。從方便的角度考慮，應先保證一個角上的正方體尺寸不變，而改變另一個切去的立方體尺寸，然后觀察微擾變化對S參數的影響。從圖6所示的曲線可以看出，微擾尺寸幾乎不改變S參數曲線的形狀，對中心頻點的影響不大，微擾越大，帶寬越寬，相應的高阻帶傳輸零點會往高頻點移動。
圖6 不同微擾尺寸對S參數的影響曲線
從以上結果可以看出，通過改變微擾大小可調節濾波器的帶寬，而改變耦合輸入／輸出窗口的寬度則可調節濾波器的中心頻率和匹配性能。
綜合以上仿真研究并結合公式(1)、(2)，可先計算出SIW的相關尺寸。然后通過HFSS仿真對濾波器性能進行優化，最終所得出的設計電路具體尺寸為h=0．5 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 雙膜SIW腔體濾波器S參數的響應曲線
圖7所示是本設計的雙膜SIW腔體濾波器S參數的響應曲線。從圖7中可以看出，采用本設計實現的濾波器的中心頻率fo=4．95 GHz，3 dB相對帶寬FBW=4．36%，通帶內插入損耗為0．9 dB，反射損耗S11小于-22 dB，阻帶右側5．45 GHz處會形成一個傳輸零點，損耗接近-40 dB。
4、總結
本文應用SIW技術設計了一種具有良好性能的雙膜窄帶帶通濾波器。該濾波器設計原理簡單、尺寸小、重量輕、帶內插損小、阻帶衰減性能好；而且采用直接過渡的轉換結構，從而減少了耦合輸入／輸出損耗。故在無線通信、軍事、科技等領域有著廣泛的應用前景。
作者：王美俠，南京郵電大學電子科學與工程學院
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