一種新型的HMSIW寬帶帶通濾波器

宋秋雨　李旺東

摘要：提出一種基于半模基片集成波導(dǎo)和缺陷地結(jié)構(gòu)的新型寬帶帶通濾波器，將半模基片集成波導(dǎo)的高通特性與改進(jìn)的啞鈴形缺陷地結(jié)構(gòu)的低通特性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種寬帶小型化的帶通濾波器。仿真與測(cè)試結(jié)果表明，該濾波器中心頻率為5.3 GHz，相對(duì)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(diǎn)。

關(guān)鍵詞：半?；刹▽?dǎo)； 缺陷地結(jié)構(gòu)； 啞鈴形缺陷地結(jié)構(gòu)； 寬帶帶通濾波器

中圖分類號(hào)：TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2013）02?0126?03

0 引 言

近年來(lái)，基片集成波導(dǎo)（SIW）在微波及毫米波電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。基片集成波導(dǎo)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(diǎn)[1?5]。然而，在有的應(yīng)用場(chǎng)合，SIW 的體積仍然比較大；為進(jìn)一步地縮小尺寸，一種小型化結(jié)構(gòu)“半模基片集成波導(dǎo)”被提出來(lái)[6]。半?；刹▽?dǎo)（HMSIW）具有與SIW相似的傳輸和截止特性，而且尺寸減小了[12]，結(jié)構(gòu)更加緊湊[7?9]。

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(jiǎn)單，已被廣泛地應(yīng)用在低通濾波器的設(shè)計(jì)中[10?11]。

本文將具有高通傳輸特性的HMSIW與具有低通特性的改進(jìn)的周期性啞鈴形DGS結(jié)構(gòu)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的寬帶帶通濾波器[12]。

1 寬帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)

1.1 半?；刹▽?dǎo)

將SIW沿中心面切開(kāi)，得到的[12]結(jié)構(gòu)就是HMSIW，切開(kāi)的面可近似等效為理想磁壁。HMSIW的寬度大約是SIW的[12]，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(guò)渡線的寬度和長(zhǎng)度分別是Wt和Lt，輸入輸出的微帶線寬度和長(zhǎng)度分別是W0和L01。

1.3 HMSIW?DGS帶通濾波器

半模基片集成波導(dǎo)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(jié)合就可實(shí)現(xiàn)寬帶帶通濾波器。如圖6所示，由于過(guò)渡部分的微帶線逐漸變寬，具有微帶線補(bǔ)償作用，所以將兩對(duì)改進(jìn)的啞鈴型DGS刻蝕在HMSIW過(guò)渡結(jié)構(gòu)的下方以減小反射損耗。優(yōu)化DGS和HMSIW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。

3 結(jié) 語(yǔ)

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(shí)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)簡(jiǎn)單、更易于集成的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] CASSIVI Y， PERREGRINI L， ARCIONI P， et al. Dispersion characteristics of substrate integrated rectangular waveguide [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters， 2002， 12（9）： 333?335.

[2] DESLANDES D，WU K. Single?substrate integration technique of planar circuits and waveguide filters [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques， 2003， 51（21）： 593?596.

[3] SHEN W， SUN X W， YIN W Y， et al. A novel single?cavity dual mode substrate integrated waveguide filter with non?resonating node [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters， 2009， 6（19）： 368?370.

[4] CHEN X P， WU K. Substrate integrated waveguide filter with improved stopband performance for satellite ground terminal [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques， 2009， 57（3）： 674?683.

[5] MIRA F， MATEU J. Design of ultra?wideband substrate integrated waveguide （SIW） filters in zigzag topology [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters， 2009， 19（5）： 281?283.

[6] HONG W， LIU B， WANG Y， et al. Half mode substrate integrated waveguide： a new guided wave structure for microwave and millimeter wave application [C]// 2006 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics. Shanghai， China： [s.n.]， 2006： 219?227.

[7] CHENG Y， HONG W， WU K. Half mode substrate integrated waveguide （HMSIW） directional filter [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters， 2007， 7（17）： 504?506.

[8] ZHANG X， XU J. C?band half mode substrate integrated waveguide （HMSIW） filter [J]. Microwave and Optical Technology Letters， 2008， 50（2）： 275?277.

[9] LAI Qing?hua， FUMEAUX C， WEI Hong， et al. Characterization of the propagation properties of the half?mode substrate integrated waveguide [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2009， 8（57）： 1996?2004.

[10] PARK J S， YUN J S， AHN D. A design of the novel coupled?line bandpass filter using defected ground structure with wide stopband performance [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques， 2002， 9（50）： 2037?2043.

[11] LIU H W， LI Z F， SUN X W， et al. An improved 1?D periodic defected ground structure for microstrip line [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters， 2004， 14（4）： 180?182.

[12] 侯瑩.一種基于SIW和缺陷地面結(jié)構(gòu)的新型帶通濾波器[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（3）：200?202.