摘要：提出一種基于半?；刹▽Ш腿毕莸亟Y構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構的低通特性結合，實現(xiàn)了一種寬帶小型化的帶通濾波器。仿真與測試結果表明，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。
關鍵詞：半模基片集成波導；缺陷地結構；啞鈴形缺陷地結構；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計中得到了廣泛的應用?；刹▽Ь哂衅焚|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，一種小型化結構“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，結構更加緊湊。
缺陷地結構(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構，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結構簡單，已被廣泛地應用在低通濾波器的設計中。
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結構結合，實現(xiàn)結構緊湊的寬帶帶通濾波器。
1 寬帶帶通濾波器的設計
1．1 半?；刹▽?br />
將SIW沿中心面切開，得到的1／2結構就是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的基本結構如圖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結構
如圖3所示，改進的DGS結構是將傳統(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低通濾波器的帶內特性。
如圖4所示，改進的DGS結構的帶內波紋特性得到了改善，帶內反射損耗減小，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
半模基片集成波導具有高通傳輸特性，周期性啞鈴形DGS具有低通傳輸特性，將兩者結合就可實現(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過渡結構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性能最好的結果。優(yōu)化后的濾波器的尺寸如表1所示。
2 測量結果
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，仿真與實測結果吻合的較好。實測結果中，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；帶內最大插入損耗小于1．6 dB。
3 結語
該濾波器結合了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、結構筒單、更易于集成的特點，具有廣泛的應用前景。
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