基片集成波導(dǎo)雙通帶濾波器分析

　1 引言
　　在現(xiàn)代微波無線通信系統(tǒng)中，濾波器和雙工器等無源器件有著十分重要的作用。如果采用傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)、微帶線或者共面波導(dǎo)來設(shè)計，不是造價昂貴就是很難達到所要求的技術(shù)指標(biāo)。另一方面，隨著微波毫米波集成電路的迅速發(fā)展， 這些傳統(tǒng)的微波電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代無線通信對微波元器件小型化、集成化的要求?；刹▽?dǎo)（Substrate Integrated Waveguide）通過周期性金屬通孔實現(xiàn)了的類波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，繼承了傳統(tǒng)波導(dǎo)器件高品質(zhì)因數(shù)和大功率容量等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于設(shè)計各種微波和毫米波器件，同時基片集成波導(dǎo)還具有易于加工、造價低和容易集成的優(yōu)點。
　　為了產(chǎn)生傳輸零點，目前很多濾波器的設(shè)計采用交叉耦合的形式，極點提取技術(shù)與其相比，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在衰減極點頻率的可控性，簡化了濾波器的結(jié)構(gòu)，降低了復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來的敏感性，而且降低了濾波器調(diào)諧和加工的難度。本文利用極點提取技術(shù)和耦合矩陣方法，提出了一種新型結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)雙通帶濾波器。該濾波器采用單一諧振腔提取衰減極點，利用一個濾波器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙通帶響應(yīng)，仿真結(jié)果顯示兩個通帶形成很高的隔離度，通帶內(nèi)回波損耗很小。該濾波器諧振腔采用三角形SIW諧振腔，整個濾波器構(gòu)成一個六邊形，結(jié)構(gòu)緊湊，有效的減小了濾波器的尺寸。
　　2 等效電路分析
　　以六腔濾波器為例，等效電路如圖1所示，，第二腔和第六腔作為吸收回路提取衰減極點，衰減極點的位置就是第二、六腔諧振的位置，因此衰減極點的位置可任意確定，這使極點提取技術(shù)的應(yīng)用有了很大的靈活性，利用一個濾波器結(jié)構(gòu)，就可以實現(xiàn)兩種不同響應(yīng)類型的濾波器：其一，衰減極點在通帶外，可以設(shè)計帶外有傳輸零點的帶通濾波器，以增強帶外抑制；其二，衰減極點在通帶內(nèi)部，可以設(shè)計雙通帶濾波器。本文提出的濾波器第一、三、四、五腔構(gòu)成一個帶通濾波器結(jié)構(gòu)，而第二、六腔提取的衰減極點在通帶內(nèi)部，由此形成一個雙通帶結(jié)構(gòu)。
　　
　　圖1 雙通帶濾波器等效電路
　　為了驗證該設(shè)計方法的可行性，設(shè)計了一個雙通帶濾波器。設(shè)計指標(biāo)為：兩個通帶為9.6-9.85GHz和10.15-10.4GHz，通帶插損小于0.5dB，回波損耗小于-15dB，兩通帶隔離小于-20dB。原理電路如圖1所示。由文獻［7］給出的方法計算出各腔之間的耦合系數(shù)和外部Q值，數(shù)據(jù)如下。在microwave office中進行電路級仿真，結(jié)果如圖2所示，得到了預(yù)想中的波形，驗證了該設(shè)計方法的可行性。
　　
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　　3 濾波器設(shè)計
　　3.1 三角形SIW腔體的研究
　　與長方形SIW腔體比較，等邊三角形SIW腔體具有其自身的特點與性質(zhì)。本文提出的濾波器與中介紹的濾波器同樣由六個諧振腔構(gòu)成，與中采用長方形SIW腔體不同的是，本文所介紹的濾波器采用等邊三角形SIW腔體，由于這一變化，占空比明顯減小，有效的利用了空間，實現(xiàn)了濾波器的小型化。