紧凑型基片集成波导SIW滤波器设计(2)
2.1.1. 电磁波在SIW结构中的传输模式 5
2.1.2. SIW等效宽度的计算 6
2.2. Chebyshev滤波器 7
3. SIW滤波器的设计 10
3.1. 传统SIW滤波器和紧凑型SIW滤波器尺寸的比较 10
3.2. SIW带通滤波器的实现原理 14
3.3. 滤波器设计 17
3.3.1. 滤波器参数设定 17
3.3.2. 利用HFSS软件设计电路 18
3.3.3. FBW为20%的SIW BPF 23
3.3.4. 不同相对带宽的SIW BPF的比较 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1. 引言
1.1. 基片集成波导的研究意义及研究现状
1.1.1. 研究的意义
近几十年内随着微波及毫米波电路飞速发展，微波毫米波电路和系统正向高性能、高集成、小型化和低成本方向快速地发展，系统中需要用到的如谐振器、滤波器和双工器等高Q无源元件，难以在微波单片内实现，在现代无线通信领域内，用于设计微波无源器件的传统的电路结构(微带线、金属矩形波导等)，已不能完全地适应微波元器件集成化、小型化的要求[1]。于是发展起了介质集成波导技术。
基片集成波导(SIW)是一类新型波导，能与有源集成电路一起集成在同一块基片上，具有如体积小、重量轻、可承受功率大、加工成本低、便于现代微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIc)的集成和封装等许多共面电路结构(微带线等)的优点。同时，SIW还秉承了品质因数高、便于设计等传统矩形波导的优点，因而于滤波器、天线、振荡器等微波平面电路中被广泛应用。
SIW是一种人工集成的波导结构，由销钉嵌入同一基片或两排线性排列紧密的金属通孔构成(如图1(a)所示)，也可由金属凹槽集成在基片中构成(如图1(b)所示)，其中，由两列金属通孔构成的SIW更为常用。
图1 基片集成波导（SIW）示意图
目前，SIW已于谐振器、天线、滤波器、双工器等元件中被广泛应用。通常沿一轴线直线布局的SIW腔体滤波器，其结构关于轴线对称，结构简单，有利于提高设计效率[2，可利用其对称性在仿真时减少仿真时间。但其频率响应的上边带性能较差，长度较大，过渡带宽，阻带衰减远低于下边带。为此需要一种紧凑型SIW滤波器结构，不仅整体长度减小，结构紧凑，布局灵活性增加，而且相对于传统结构的SIW滤波器其上边带性能亦有显著改善。
在今天，大多数毫米波带通滤波器(BPFs)[5]使用低温共烧陶瓷技术[6]制造，同时辅助以金属氧化物半导体(CMOS)技术[7]和硅微加工技术[8],[9]。另一方面，在微波毫米波应用中，高性能和尺寸紧密的SIW滤波器被寄予越来越多的关注。但据笔者所知，关于SIW BPF在毫米波段的设计却是非常的少。本论文将设计中心频率为10GHz的毫米波带通滤波器，着重研究毫米波波段SIW滤波器的结构和性能。
在滤波器的设计中应用SIW技术，使微波滤波器的形式更加丰富，电路性能更加优异，结构更加多变，为SIW滤波器带来更广泛的应用前景。所以对于紧凑型SIW滤波器的研究是十分有意义的。
1.1.2. 国内外发展现状
1.2. 本论文的主要工作
本毕业设计研究内容是毫米波SIW滤波器的分析和设计。该种滤波器使用金属导通阵列来控制耦合，以保证好的带内性能[12]。通过对基片上表面金属进行蚀刻，产生三个耦合谐振腔，利用电耦合而非传统的磁耦合孔实现带通滤波器。滤波器为切比雪夫三阶低通原型滤波器。本文将讨论电路的品质因数Q和耦合系数K的计算，并由品质因数Q和耦合系数K决定电路和元件的尺寸[13-15]。利用HFSS软件和ADS软件设计电路并仿真，得到的仿真数据与实际测试值对比。这样的SIW BPF具有低插入损耗和高选择性的优点。