0 引言

近年來，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?；刹▽?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)。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?；刹▽?dǎo)”被提出來。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1／2，結(jié)構(gòu)更加緊湊。

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)簡單，已被廣泛地應(yīng)用在低通濾波器的設(shè)計(jì)中。

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。

1 寬帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)

1．1 半模基片集成波導(dǎo)

將SIW沿中心面切開，得到的1／2結(jié)構(gòu)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(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(zhì)填充的矩形波導(dǎo)。根據(jù)要求的截止頻率3．7 GHz，可以由式（1）計(jì)算出SIW的寬度WSIW =25．2 mm，HMSIW的寬度Wh大約是對(duì)應(yīng)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(shí)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(nèi)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(jìn)的啞鈴形DGS結(jié)構(gòu)

如圖3所示，改進(jìn)的DGS結(jié)構(gòu)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(gè)矩形的一端，而且采用微帶線補(bǔ)償?shù)姆绞礁纳艱GS低通濾波器的帶內(nèi)特性。

如圖4所示，改進(jìn)的DGS結(jié)構(gòu)的帶內(nèi)波紋特性得到了改善，帶內(nèi)反射損耗減小，由圖5可知，導(dǎo)帶寬度Wc主要影響DGS低通濾波器的通帶特性，對(duì)阻帶特性影響較小。而且隨著其值的不斷 增加，通帶內(nèi)的波紋越來越小，通帶特性越來越好；其次，對(duì)阻帶衰減極點(diǎn)的影響可忽略不計(jì)。

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過渡結(jié)構(gòu)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(jié)果。優(yōu)化后的濾波器的尺寸如表1所示。

2 測(cè)量結(jié)果

濾波器的實(shí)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(cè)試曲線，仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合的較好。實(shí)測(cè)結(jié)果中，濾波器的中心頻率為5．3 GHz，相對(duì)帶寬可達(dá)51％（3．9～6．7 GHz），具有良好的寬帶特性；帶內(nèi)最大插入損耗小于1．6 dB。

3 結(jié)語

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)筒單、更易于集成的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。