X波段基片集成波导带通滤波器的设计

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                    　　普通金属波导具有传输损耗小、功率容量大、品质因数高等特点，但是不方便与其它微波毫米波电路集成，制作难度和成本也比较高。微带类传输线由于传输损耗大、品质因数低等因素，限制了电路的性能。基片集成波导是近年来提出的一种新型导波结构，具有低差损、低辐射、高品质因数等优点，可以设计出接近于普通金属波导的微波毫米波滤波器、功率分配器、耦合器和天线。这种新型导波结构能够很方便地与微带、共面波导等其它微波毫米波平面电路集成。
　　1 理论基础
　　基片集成波导的结构，如图1所示：两排金属化通孔的中心间距为a，金属化通孔的直径和间距分别为d和p，介质基片的厚度和介电常数分别为w和εr，电磁波在介质基片的上下金属面和两排金属化通孔所围成的矩形区域内以类似于介质填充矩形波导中的场模式传输。







　　对TMx0n而言，其中：a表示等效矩形金属波导的归一化宽度，即基片集成波导宽度a与其等效的矩形金属波导的宽度之比






　　λg0、λgl、λg2、λg分别是在频率ω0、ω1、ω2、ω上的波导波长，Wλ是相对带宽。
　　(2)计算出各阻抗变换器阻抗K。






　　(4)根据上面求得的归一化电抗求出各谐振器的电长度和各谐振器的长度。
　　各谐振器的电长度






　　2．2 基片集成波导滤波器的设计
　　文中设计的基片集成波导带通滤波器参数如下：滤波器的中心频率是9．5 GHz，通带9．1"9．9 GHz(相对带宽8．42％)，通带内允许有0．5 dB的波纹，阻带频率分别是8．3 GHz和10．7 GHz，阻带上的最小衰减是40 dB。该滤波器采用9阶切比雪夫并联电感耦合波导滤波器结构，介质基片选用高介电常数基片CER_10(介电常数是9．5，厚度是0．63 mm)。选用高介电常数基片一方面可以有效地减小基片集成波导滤波器的尺寸，另一方面由于高介电常数基片的损耗正切相对较大，也会增加基片集成波导滤波器的插入损耗。
　　X波段基片集成波导滤波器尺寸如下：






　　由仿真结果可知，该滤波器的中心频率是9．5 GHz，带宽是1 GHz，通带内插入损耗是1．9 dB，回波损耗50 dB。
　　利用惠普8510矢量网络分析仪进行测试，实测结果，如图4所示。由实测结果可知，该滤波器的中心频率是9．58 GHz，带宽是800 MHz，通带内插入损耗是3．8 dB，纹波是0．2 dB，回波损耗44 dB。实测插入损耗偏高是因为实测插入损耗除了滤波器本身的损耗外还包括一对SMA接头的损耗和微带渐变线过渡的损耗。实测中心频率向高频段漂移了80 MHz，带宽减小了200 MHz，主要是由基片的介电常数不稳定造成的。在频率是14 GHz的地方出现寄生通带是基片集成波导中的高次模相互作用的结果，可以通过调整谐振器的长度使寄生通带远离滤波器通带。加工实物，如图5所示。







　　3 结束语
　　文中利用基片集成波导结构设计并制作出了一种x波段中心频率是9．58 GHz、相对带宽是8．35％的9阶切比雪夫并联电感耦合波导带通滤波器。该滤波器在9．18"9．98 GHz的通带范围内表现出了良好的性能。要想获得更理想的结果，除了保证仿真模型和测试方法的准确外，更需要进一步提高加工精度，减小加工误差。