基片集成波导原理_基片集成波导
摘要：根据多模激励的单腔体谐振器原理以及基片集成波导(SIW)高Q值、低损耗、大功率容量的特点，提出了一种新的SIW方形腔体双膜滤波器的设计方法。该方法通过在SIW腔体两个对称角上切角作为微扰来使简并模式分离并产生耦合，从而形成了中心频率在4．95GHz的窄带带通滤波器，并最终采用直接过渡方式实现了SIW到微带的转换。关键词：基片集成波导；带通滤波器；双膜谐振器；传输零点0 引言 滤波器在无线通信、军事、科技等领域有着广泛的应用。而微波毫米波电路技术的发展，更加要求这些滤波器应具有低插入损耗、结构紧凑、体积小、质量轻、成本低的特点。传统用来做滤波器的矩形波导和微带线已经很难达到这个要求。而基片集成波导(SIW)技术为设计这种滤波器提供了一种很好的选择。 SIW的双膜谐振器具有一对简并模式，可以通过对谐振器加入微扰单元来使这两个简并模式分离，因此，经过扰动后的谐振器可以看作一个双调谐电路。分离的简并模式产生耦合后，会产生两个极点和一个零点。所以，双膜滤波器在减小尺寸的同时，也增加了阻带衰减。而且还可以实现较窄的百分比带宽。可是，双膜滤波器又有功率损耗高、插入损耗大的缺点。为此，本文提出了一种新型SIW腔体双膜滤波器的设计方法。 该SIW的大功率容量、低插入损耗特性正好可以对双膜滤波器的固有缺点起到补偿作用。而且输入／输出采用直接过渡的转换结构，也减少了耦合缝隙的损耗。l 双膜谐振原理及频率调节 SIW是一类新型的人工集成波导，它是通过在平面电路的介质层中嵌入两排金属化孔构成的，这两排金属化孔构成了波导的窄壁，图1所示是基片集成波导的结构示意图。这类平面波导不仅容易与微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIC)集成，而且，SIW还继承了传统矩形波导的品质因数高、辐射损耗小、便于设计等优点。1．1 基片集成波导谐振腔 一般情况下，两个电路的振荡频率越接近，这两个电路之间的能量转换需要的耦合就越小。由于谐振腔中的无数多个模式中存在着正交关系，故要让这些模式耦合发生能量交换，必须对理想的结构加扰动。但是，为了保持场结构的原有形式，这个扰动要很小。所以，本文选择了SIW的简并主模TE102和TE201，它们的电场分布图如图2所示。因为TM和TEmn(n10)不能够在SIW中传输。因此，一方面可以保证在小扰动时就可以实现耦合，同时也可以保证场的原有结构。 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
时间：2010-06-30
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