半模基片集成波导带通滤波器的设计
基片集成波导带通滤波器的设计
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半模基片集成波导无线局域网带通滤波器
基片集成波导带通滤波器的设计
3. 611 mm , L 2 = 3. 586 mm ，如
示。可以看出数值结果与实测结果符合良好，说
明这种方式构成的新型带通滤波器是成功的。
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图 4
基片集成波导条带式带通滤波器
按照以上结构尺寸，用商业软件 Ansoft
Distribution Service , LMDS) 和先进的交通防撞
传感器等，但是设计和制造成本限制了这些系统
进一步的商业应用。在实用中，微带电路经常需
要做成指定的各种形状，这在毫米波段并不容易
HFSS 的数值计算结果，说明该途径在基片集成 波导带通滤波器设计中的应用是行之有效的。
实现。用矩形波导集成有源和无源器件，一般会 涉及到平面电路和非平面电路的连接，已经有不
提供了一个设计实例，数值结果说明该设计方法
在基片集成波导中的应用是行之有效的。
[5J
Deslandes 0
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Wu Ke. Singl口 ubstrate integration tech-
nique of planar circui ts and wa veguide filters [J]. IEEE Trans Microwave Theory Tech , 2003 , 51:593-596. [6J Marcuvitz N. Waveguide handbook [M]. McGraw- Hill , 1951. [7J Matthaei R G L , Young L , Jones E M T. Microwave filters New York:
基片集成波导带通滤波器的设计
基片集成波导带通滤波器的设计作者：单武来源：《电子技术与软件工程》2015年第13期文章介绍了一种应用基片集成波导（SIW）技术的带通滤波器，此带通滤波器是由六个等边三角形谐振单元构成的。
这种结构的滤波器具有高品质因数、低插入损耗、大功率容量等优点。
文章设计了中心频率在8.6GHz、带宽800MHz的带通滤波器，并利用HFSS仿真软件对这种滤波器进行优化和仿真，得到满意的结果。
【关键词】基片集成波导SIW 带通滤波器等边三角形谐振单元1 引言随着现代微波毫米波电路系统的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量越来越轻；整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。
低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。
因此，迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。
正是为了解决上述矛盾，一种基于介质基片的波导结构被提了出来——基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）。
基片集成波导（SIW）是一种立体的周期性结构，它能够利用PCB、LTCC等集成工艺制作，通过金属通孔或者空气过孔限制向外辐射的电磁波，从而代替传统矩形金属波导或者非辐射介质波导（NRD）。
同时，由基片集成波导技术所构成的元器件具有高品质因数、大功率容量、造价低和易于集成等优点。
本文介绍了使用等边三角形基片集成波导谐振器设计的带通滤波器。
最后设计出了一个中心频率为8.6GHz、带宽为800MHz的基片集成波导带通滤波器。
2 SIW应用和研究现状近年来，在对基片集成波导传输特性研究的基础上，SIW的应用也得到了较为广泛的发展。
利用基片集成波导形成的无源微波器件，如定向耦合器、功分器、滤波器、天线等，都展现出了与传统意义上的矩形金属波导构建的微波器件相媲美的性能。
2.1 定向耦合器定向耦合器作为一种重要的无源器件被广泛地应用于现代微波毫米波通信系统，在天线阵列馈电网络中，定向耦合器是一个主要部件。
集成宽带折叠半模基片集成波导带通滤波器
集成宽带折叠半模基片集成波导带通滤波器
翟国华;洪伟;吴柯;韦婧
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2010(038)004
【摘要】本文提出并设计了一种新型的折叠半模基片集成波导(Folded Half-Mode Substrate Integrated Waveguide:FHMSIM)宽带带通滤波器,并给出了FHMSIM上层金属层槽缝式和中间金属层槽缝式宽带滤波器的仿真和测试结果.相对于半模基片集成波导(Half-Mode Substrate Integrated Waveguide:HMSIW)槽缝式滤波器,由双层PCB制作的FHMSIW槽缝式滤波器的尺寸减小了约一半.同时测试结果和仿真结果表明该宽带滤波器具有损耗小、带外抑制好等特性.
【总页数】5页(P825-829)
【作者】翟国华;洪伟;吴柯;韦婧
【作者单位】华东师范大学信息科学技术学院,上海,200241;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京,210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京,210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京,210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN454
【相关文献】
1.半模基片集成波导无线局域网带通滤波器 [J], 罗俊婷;杨永侠;张衡伏
2.基于半模基片集成波导的新型带通滤波器研究 [J], 蒋迪;徐跃杭;徐锐敏;林为干
3.半模基片集成波导带通滤波器的设计与实现 [J], 陈飞
4.基于SCMRC结构的慢波半模基片集成波导带通滤波器 [J], 黄强;童元伟
5.圆形半模空气隙填充基片集成波导带通滤波器设计与实现 [J], 刘维红;宋维勇;穆林
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一种半模基片集成波导双带滤波器[实用新型专利]
![一种半模基片集成波导双带滤波器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/442cc6c33169a4517623a359.png)
专利名称：一种半模基片集成波导双带滤波器专利类型：实用新型专利
发明人：熊昆,黄杰,张中华,陈志林,李光林
申请号：CN201420383159.1
申请日：20140711
公开号：CN204130667U
公开日：
20150128
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于互补开口谐振环和短路复合左右手传输线结构的半模基片集成波导双带滤波器，该滤波器由两个谐振器构成。
其关键在于：所述的双带滤波器包含介质基片，介质基片上设置金属贴片和接地金属贴片，金属贴片刻蚀的互补开口谐振环结构和短路复合左右手传输线。
在金属贴片上还设有设有一排金属通孔、阻抗匹配单元、输入馈电线和输出馈电线。
所述互补开口谐振环结构刻蚀在金属贴片上，该结构产生第一个通带，同时产生一个传输零点；短路复合左右手线传输线产生第二个通带和一个传输零点，该滤波器引入两个传输零点，使带外抑制得到改善，提高通带选择性；采用锥形渐变的馈电方式，提高外部品质因数。
申请人：西南大学
地址：400715 重庆市北碚区天生路1号
国籍：CN
代理机构：重庆华科专利事务所
代理人：康海燕
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基片集成波导带通滤波器的设计
迫切需要发展新 的微波毫米波集 成技术。正是 为了解决上述矛盾 ，一种基于介 质基 片的波导 结构被提 了 出来～一 基片集成 波导 （ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ
对 准 水 平 齿 轮 上 标 记 的孔 ， 系 统 开 始 时 便 会 自
表 ３中 的数据 表 明，方 位角 的跟 踪 误差 轴在水平方 向松动 状况不明显。只要继续改善 控制方式 ，就 能更好地提 高跟踪精 度。 采用 双 模式 跟踪 ，经 过程 序调 试 ，系统
在室外能正常地运行 ， 并能正常切换跟踪模式 ， 比较 小 ，这 是 因为 水 平 方 向 ห้องสมุดไป่ตู้ 齿 轮 比较 大 ，连 参考文献 … 张兴磊 ，杨丽 丽 ，张 东凤 ．一种 太 阳 自动
现象 。
件 。采用本研 究提出的双模式实时跟踪方法可
实 现 太 阳跟 踪 器 的全 天候 自动 跟 踪 。
样 符合 太阳运动规律 。 太 阳高度 角 与垂直 方 向上 的 电位器 电压
成 正比，太阳方位角与水平 方向上步进 电机 的 步数成 正 比。只要算 出太 阳高度角和太阳方位 角 ，通 过实验计算 比例 系数 ，即可算 出对步进 电机 的操 作量的大小 。复位 时，水平方 向必须
【 关键词 】基 片集成波导 Ｓ Ｉ Ｗ 带通 滤波器 等
边三 角形谐振单 元
导谐振器 设计的带通滤波器 。最后设计 出了一 面 电路易于集成、易于加工等优点。 个 中 心频率 为 ８ ． ６ ＧＨ ｚ 、带 宽为 ８ ０ ０ ＭＨｚ的基 片集成波导带通滤波器 。 ２ ． ２ 功分 器
圆形半模空气隙填充基片集成波导带通滤波器设计与实现
收稿日期:2020-12-06基金项目:陕西省重点研发计划(2020GY -040)通信作者:宋维勇,研究生,研究方向为通信专用集成电路设计㊂E-mail :songweiyong 1995@电子元件与材料Electronic Components and Materials第40卷Vol .40第11期No .1111月Nov2021年2021圆形半模空气隙填充基片集成波导带通滤波器设计与实现刘维红,宋维勇,穆㊀林(西安邮电大学电子工程学院,陕西西安㊀710121)摘㊀要:为了满足滤波器小型化㊁低插损的要求,基于圆形半模空气隙填充基片集成波导(HMSAFSIW )谐振腔结构,设计并实现了一款带通滤波器㊂通过加载金属通孔㊁径向槽线可以灵活调节滤波器中心频率㊂研究发现,在TM 010电场处加载金属通孔,谐振频率从8.2GHz 增加到9.7GHz ,当金属通孔直径从0.05mm 增加到0.2mm ,TM 010谐振频率从9.7GHz 增加到10GHz ㊂在TM 110电场中心处加载径向槽线,其谐振频率随着槽线长度的增加向低频移动,当槽线长度从3mm 增加到6mm ,TM 110谐振频率从12GHz 降到10.6GHz ㊂利用双面覆铜LCP 基板进行了滤波器的加工,并进行了实物测试㊂测试结果显示,滤波器的中心频率为9.4GHz ,带宽为1.3GHz ,插入损耗为-2.6dB ,回波损耗优于-18dB ,在12~15.6GHz 较宽的范围内,阻带带外抑制大于20dB ㊂关键词:滤波器;谐振腔;HMSAFSIW ;宽阻带中图分类号:TN 713+.5文献标识码:ADOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2021.1813引用格式:刘维红,宋维勇,穆林.圆形半模空气隙填充基片集成波导带通滤波器设计与实现[J ].电子元件与材料,2021,40(11):1140-1144.Reference format :LIU Weihong ,SONG Weiyong ,MU Lin.Design and implementation of circular HMSAFSIW bandpass filter [J ].Electronic Components and Materials ,2021,40(11):1140-1144.Design and implementation of circular HMSAFSIW bandpass filterLIU Weihong ,SONG Weiyong ,MU Lin(School of Electrical Engineering,Xi an University of Posts &Telecommunications,Xi an㊀710121,China)Abstract :To meet the requirement of miniaturization and low insertion loss for filter design ,a bandpass filter was proposed and implemented based on the resonant cavity structure of circular half mode slab air filled substrate integrated waveguide (HMSAFSIW ).The central frequency of the filter can be flexibly controlled by adjusting the position and diameter of the metallic via holes.The study shows that the resonant frequency of TM 010mode can be increased from 8.2GHz to 9.7GHz by adding metallic via holes ,which can be then increased from 9.7GHz to 10GHz as the diameter of the metallic via expandsfrom 0.05mm to 0.2mm.In addition ,radial slot perturbation was introduced to tune the central frequency of resonant cavity.The resonance frequency of TM 110mode decreases from 12GHz to 10.6GHz as the length of radial slot line increases from 3mm to 6mm.The filter was implemented by LCP process.The measured results show that the central frequency of the filter is 9.4GHz with bandwidth of 1.3GHz ,insertion loss of -2.6dB ,and return loss of better than -18dB.Moreover ,in the wide range of 12-15.6GHz ,the out -of -band rejection of the stopband is greater than 20dB.Key words :filter ;resonant cavity ;HMSAFSIW ;wide stopband刘维红,等:圆形半模空气隙填充基片集成波导带通滤波器设计与实现㊀㊀随着微波通信系统小型化㊁高性能需求的迅速发展,作为核心器件的微波滤波器如何减小体积和提高滤波器电学特性,日益成为工程技术人员关注的焦点之一㊂基片集成波导(SIW)滤波器具有低损耗㊁低成本㊁低剖面等优点[1],被广泛应用于微波滤波器的设计㊂为了进一步减小微波滤波器体积,2007年,洪伟等[2]首次提出半模基片集成波导(HMSIW)结构,并设计制作了HMSIW滤波器,使得滤波器尺寸在原有的基础上减小了50%;2017年,李明康等[3]对多模基片集成波导进行了研究,在不增加尺寸的情况下设计了多款小型化多模带通滤波器;2018年,Nguyen等[4]提出了空气隙填充基片集成波导(Slab Air Filled Substrate Integrated Waveguide,SAFSIW)结构,该结构在波导内部引入了空气介质,相较于传统SIW结构降低了电磁波的传输损耗;2020年,Nguyen等[5]基于对SAFSIW的研究,设计了一款低损耗三阶带通滤波器㊂本文基于半模空气隙填充基片集成波导(Half Mode Slab Air Filled Substrate Integrated Waveguide, HMSAFSIW)结构优异的传输特性,利用一腔多模理论[6-7],通过加载金属化通孔以及径向槽实现对本征模谐振点的调节㊂通过引入空气隙,降低了谐振腔内部的损耗,在不增加尺寸的情况下设计了一款损耗较低的二阶宽阻带带通滤波器[8],并进行了实物制作和测试㊂1 圆形HMSAFSIW结构的设计与分析本设计使用的基板材料为日本松下公司的双面覆铜LCP柔性基板(R-F705S42EC-M),板材相对介电常数为 2.9,损耗角正切tanδ=0.0025㊂圆形HMSAFSIW谐振腔的结构如图1所示,该谐振腔是一个半圆形结构,由一个圆形SIW对称切割而来,谐振腔中芯板厚度为0.1mm,金属化通孔沿半圆的圆周分布,上下两面由厚度为0.018mm的铜箔覆盖,实现电磁波的屏蔽㊂圆形HMSAFSIW谐振腔结构主要特点是在谐振腔介质层引入了空气介质,空气介质的引入减小了高频下的介电损耗,提高了谐振腔的Q值[9],为实现低损耗高性能的滤波器设计奠定了基础㊂圆形HMSAFSIW谐振腔的基模为TM模,基模谐振频率和腔体尺寸的关系式如公式(1)所示㊂利用公式(1)可以确定谐振腔尺寸大小,通过分析谐振腔内电场分布情况,可以对腔内多个谐振模式进行调节,进而设计出满足要求的带通滤波器结构㊂f TM=2.4052πaμε(1)式中:a为圆形谐振腔半径;μ为磁导率;ε为介电常数㊂图1㊀圆形HMSAFSIW谐振腔结构图Fig.1㊀Schematic of the circular HMSAFSIW cavity利用高频仿真软件HFSS对谐振腔进行本征模求解,根据表面电场分布,可以观察到不同的谐振模式[10]㊂谐振腔前三个谐振模式电场分布如图2所示㊂图2(a)表示谐振腔的TM010模,其谐振频率为8.2 GHz,电场在切割线中心处最强;图2(b)为TM110模,谐振频率为13.2GHz,其电场强度在谐振腔中心处最强;图2(c)为TM210模,谐振频率为17.5GHz㊂图2㊀圆形HMSIW谐振腔中前三个谐振模式的电场Fig.2㊀Simulated E-fields of the first three resonantmodes in the circular HMSIW cavity基于以上分析,本文将利用一腔多模理论设计一款二阶带通滤波器[11]㊂通过调节谐振腔内基模TM010和高次模TM110的谐振频率,进行二阶带通滤波器的设计㊂空气介质在谐振腔内的位置以及体积大小对谐振腔电磁特性影响较大,在设计圆形HMSAFSIW谐振腔时,需尽量减小空气介质对通带主模TM010和TM110的㊃1411㊃电子元件与材料影响㊂因此,空气介质主要放在TM 210模电场最强处,以减小电磁波在谐振腔内的损耗㊂图3表示空气介质在谐振腔内的位置分布图㊂图3㊀圆形HMSAFSIW 谐振腔空气介质分布图Fig .3㊀Distribution of air in the circular HMSAFSIW cavity2㊀滤波器的设计与分析2.1㊀滤波器馈电结构设计微带线直接对谐振腔进行馈电,由于阻抗失配会引起较大的反射损耗,因此需要对微带电路和谐振腔进行过渡匹配的设计㊂传统SIW 到微带的过渡结构设计中,渐变型微带结构是较为常用的方法[12],但是这种方法一般会增加滤波器的尺寸,为了减小过渡结构尺寸,本文参考渐变型微带结构,通过在谐振腔上表面导体内引入两条呈喇叭状的槽线(如图4所示),实现了谐振腔和外部微带电路的低损耗小型化过渡匹配[13]㊂图4㊀滤波器馈电端口结构图Fig .4㊀Structure of filter with two feed ports2.2㊀滤波器通带的设计与分析本文利用一腔多模理论进行滤波器通带的设计,分别对基模TM 010和二次模TM 110随金属通孔以及槽线结构尺寸的变化规律进行详细分析㊂图2(a )表示圆形HMSIW 的基模电场图,其谐振频率为8.2GHz ,当在TM 010电场中心处引入两个金属通孔后[14],TM 010谐振频率增加到9.7GHz ,金属通孔对谐振频率有较大影响㊂图5所示为S 21曲线中TM 010谐振频率随金属通孔直径d 的变化趋势图,随着金属通孔的孔径增加,TM 010谐振频率向高频移动,当d 从0.05mm 增加到0.2mm 时,其谐振频率从9.7GHz 增加到10GHz㊂图5㊀TM 010随金属通孔变化趋势图Fig .5㊀Simulated TM 010resonance frequency with differentdiameters of the via holes图2(b )为圆形HMSIW 的TM 110电场图,当没有槽线情况下,TM 110谐振点为13.2GHz ㊂如果在电场最强处加载径向槽[15],TM 110谐振点将随径向槽线的长度(L )的增加而向低频移动㊂图6所示为S 21曲线中TM 110随槽线长度变化趋势图,当L 从3mm 增加到6mm 时,TM 110谐振频率从12GHz 降低到10.6GHz㊂图6㊀TM 110随槽线长度变化趋势图Fig .6㊀Simulated TM 110resonant frequency withdifferent lengths of the slot line空气介质为低损耗介质,通过在LCP [16]介质层引入空气介质,可以减小滤波器的插入损耗㊂在TM 210电场处引入弧形空气介质隙,并通过改变空气介质隙的㊃2411㊃刘维红,等:圆形半模空气隙填充基片集成波导带通滤波器设计与实现数量对插入损耗进行了分析㊂图7表示引入空气介质后,滤波器中心频率处S 21参数与空气隙数量N (N =1,2,3)的变化关系㊂由图7可知,当空气隙在介质中占比越来越高,其插入损耗会明显降低㊂图7㊀通带插入损耗随空气隙数量变化关系图Fig .7㊀S 21of SAFSIW filter with different number of airgaps filled in the SAFSIW cavity3 滤波器加工与测试综合上述分析,使用金属通孔和径向槽可以方便地调节TM 010和TM 110的谐振频率,进而实现一个宽阻带二阶带通滤波器㊂同时,通过在TM 210处引入空气介质,可以减小滤波器插入损耗,优化滤波器的性能㊂在电磁仿真软件HFSS 中对滤波器尺寸进行优化仿真,最终圆形HMSAFSIW 带通滤波器的结构如图8所示㊂图8㊀圆形HMSAFSIW 带通滤波器结构图Fig .8㊀Structure of circular HMSAFSIW bandpass filter设计得到的圆形HMSAFSIW 带通滤波器的仿真S 参数如图9所示,滤波器的中心频率为11GHz ,3dB 带宽为1GHz ,带内最小插入损耗为-1.6dB ,回波损耗均大于-22dB ;低阻带衰减在6GHz 时达到-45dB 以下,高阻带衰减在15GHz 时达到-21dB 以下,上边带阻带带宽达到6GHz ㊂为测试滤波器性能,对滤波器进行实物加工和测试,如图10所示㊂如图10(a ),HMSAFSIW 谐振腔空气介质部分通过使用双面导电铜胶带对其进行覆盖,防止电磁波的泄露,图10(b )为实物测试图㊂图9㊀圆形HMSAFSIW 带通滤波器的仿真S 参数Fig .9㊀Simulated S -parameters of circular HMSAFSIWbandpassfilter图10㊀滤波器加工及测试图Fig .10㊀Photograph of fabricated and tested filter图11为圆形HMSAFSIW 带通滤波器实物测试的S 参数㊂测试结果显示,滤波器中心频率为9.4GHz ,插入损耗为-2.6dB ,回波损耗优于-18dB ,3dB 带宽为1.3GHz ,上边带阻带带宽为7GHz ,相比仿真结果,滤波器发生了1.6GHz 的频偏㊂由图10(a )可知,在滤波器加工过程中,滤波器空气介质㊃3411㊃电子元件与材料部分的屏蔽是利用导电铜箔胶带实现,因此很难保证导电铜箔胶带和滤波器表面铜箔的紧密连接,连接处缝隙的存在破坏了谐振腔上下两面铜箔的完整性,同时,由于滤波器工作频段较高,因此产生了较大的频偏和损耗㊂图11㊀圆形HMSAFSIW 带通滤波器的实测S 参数Fig .11㊀Measured S -parameters of the circular HMSAFSIWbandpass filter4 结论本文基于圆形HMSAFSIW 谐振腔结构,利用一腔多模理论设计并实现了一款损耗较小的宽阻带带通滤波器㊂对圆形HMSAFSIW 谐振腔上加载的金属通孔直径大小㊁径向槽线长度对圆形HMSAFSIW 谐振腔中TM 010和TM 110谐振频率的影响规律进行了研究㊂结果表明,在TM 010电场处加载金属通孔后,谐振频率从8.2GHz 增加到9.7GHz ,随着金属通孔直径从0.05mm 增加到0.2mm ,TM 010谐振频率从9.7GHz 增加到10GHz ;在TM 110电场中心处加载径向槽线,TM 110谐振频率随着槽线的增加向低频移动,当槽线长度从3mm 增加到6mm ,TM 110谐振频率从12GHz 降低到10.6GHz ㊂同时,空气介质的引入大大改善了滤波器微波传输特性㊂该滤波器结构紧凑,带外抑制较好,可以被应用于X 波段通信系统㊂参考文献:[1]刘炜.基于基片集成波导的宽带带通滤波和Fabry -Perot 谐振天线研究[D ].合肥:中国科学技术大学,2014.[2]Wang Y ,Hong W ,Dong Y ,et al.Halfmode substrate integratedwaveguide (HMSIW )bandpass filter [J ].IEEE Microwave and Wireless Components Letters ,2007,17(4):265-267.[3]李明康.小型化多模基片集成波导(SIW )滤波器研究[D ].合肥:中国科学技术大学,2017.[4]Nguyen N H ,Ghiotto A ,Vuong T P ,et al.Slab air -filled substrateintegrated waveguide [C ]//2018IEEE /MTT -S International Microwave Symposium -IMS.NY ,USA :IEEE ,2018:312-315.[5]Nguyen N H ,Ghiotto A ,Vuong T P ,et al.Dielectricslab air -filledsubstrate integrated waveguide (SAFSIW )bandpass filters [J ].IEEE Microwave and Wireless Components Letters ,2020,30(4):363-366.[6]史晓瑞.微波多模滤波器研究与设计[D ].西安:西安电子科技大学,2019.[7]杨增.基于基片集成波导的多模多频带滤波器的设计与研究[D ].杭州:杭州电子科技大学,2019.[8]关雪芹,刘太君,赵辉,等.宽阻带SIW 滤波器设计[J ].无线通信技术,2020,29(1):21-25.[9]Ghiotto A ,Parment F ,Martin T ,et al.Air -filled substrateintegrated waveguide A flexible and low loss technological platform [C ]//201713th International Conference on Advanced Technologies ,Systems and Services in Telecommunications.NY ,USA :IEEE ,2018:147-149.[10]陈卫平.基于半模基片集成波导的片上小型化太赫兹滤波器[J ].电子元件与材料,2019,38(8):87-90.[11]张皓.双模基片集成波导腔体的研究及其在带通滤波器中的应用[J ].固体电子学研究与进展,2020,40(3):191-194.[12]周才.基片集成波导馈电技术研究[D ].西安:西安电子科技大学,2017.[13]刘维红,周六可,姜伟.基于柔性LCP 基板微带线的微波特性研究[J ].现代雷达,2018,40(8):60-63.[14]Azad A R ,Mohan A.Single -and dual -band bandpass filters using asingle perturbed SIW circular cavity [J ].IEEE Microwave andWireless Components Letters ,2019,29(3):201-203.[15]Xie H Y ,Wu B ,Xia L ,et al.Miniaturized half -mode fan -shapedSIW filter with extensible order and wide stopband [J ].IEEE Microwave and Wireless Components Letters ,2020,30(8):749-752.[16]刘维红,谢玉洁,李晓品,等.基于LCP 基板的超宽带滤波器的设计与实现[J ].电子元件与材料,2019,38(4):106-109.㊃4411㊃。
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集 成 波导 （ ＨＭＳＷ） ＭＳＷ在 尺 寸减 小 的 同时 ， Ｉ 。Ｈ Ｉ
又 可保 留ＳＷ的优 点 。 Ｉ
Ｚ
性能 和尺 寸提 出 了更 高 的要求 。然 而 ，设计 滤 波 器 时 使用 的传统 技 术 ｆ 比如用 金 属 波 导 和微 带 线 设 计 出 的滤 波器 １在 尺 寸 和性 能 上 往 往难 以达 到
Ｈ Ｓ 软 件 进 行 了 仿 真 实验 。 ＦＳ
关 键词 ：半 模基 片 集成 波导 ；带通 滤 波器 ；周期 性 缝 隙
０ 引 言
微波 毫米 波通 信 系统 的发 展 对 带通 滤 波器 的
界 面 可等 效 为磁 壁 。这 样 就可 充分 利 用磁 壁 的 特
点 将 原 来ＳＷ 的尺 寸减 小 一 半 ，这 就是 半 模 基 片 Ｉ
工 方 便 ，故可 广 泛 地 用 来 做 高Ｑ值 微 波 器 件 （ 比
如 滤 波 器１ 。这 种 结 构 做 成 的滤 波 器 与 微 带 滤 波
图 ｌ 半 模 基 片 集 成 波 导 的 基 本 结 构 示 意 图
器相 比具 有更 高 的品质 凶数 而与 波 导滤 波 器相
比 ，又有 低剖 面 、易于 和微 波 电路集 成等 优点 。
容 性缝 隙能在 频 率 高端形 成 带 阻特 性 ，因此 ，结 合 这 两种 结构 设计 出的带 通 滤波 器 结构 较 小 ．性
１ 半 模 基 片 集 成 波 导 的 结构 特 点
半模 基 片 集成 波 导 ｆ ＨＭＳ￣ 是 最 近提 出 的 Ｉ ｖ
一
种 导波结 构 ，图１ 所示 是其 基本 结构 。与ＳＷ相 Ｉ
第２ ０ ４ １卷 年 月 ２ 期 ０ 第４ １
遂钎
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｖｌ２Ｎ． ０ｌ ｏ ＿ ４
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ｄ ｉ ０３ ６ ０ ｉ ｎ１６ － ７ ５ ０ ００ ．１ ｏ： ．９ ９ ． ｓ．５ ３ ４ ９ ． １ ． ０ ６ １ ｓ ２ ４
半模基 片集成波 导带通 滤波器 的设计
．
陶 羽 中
２０ ０） １ ０ ３
ｆ 南京 邮 电大 学 电子 科 学与 工程 学院 ，江苏 南 京
摘 要 ：给 出了一种 新 型半模 基 片集 成 波导 ｆ ＭＳＷ）带通 滤 波 器的 设 计和 实验 方案 。该设 Ｈ Ｉ 计利 用 了半模 基 片集 成 波导 的 高通 性 质 与周 期 性缝 隙的 带 阻性 质 来产 生带 通 滤 波 器 的效 果 。 设 计 的 滤波 器的 中心 频 率在８Ｇ ｚ Ｈ ，带 宽在 １ ．％左 右 ，通 带 内插 入 损耗 在 １ Ｂ以下 ，回 波损 ２５ ｄ 耗 在 一 ５ｄ １ Ｂ以下 ． 同 时具 有 一 定 的 带 外抑 制 和 良好 的通 带 和 阻带 特 性 。 文章 最后 用Ａ ｓｆ ｎｏ ｉ
完 成 。Ｈ Ｉ ＭＳＷ滤 波 器 由谐 振 单 元 和 １ 波 长 传 输 ／ ４
ｗ ｆｅｄ ｎ ２ １ ． 电 子 元 器 件 主 用 ５ ｗ Ｌｃ￣ｃ ０ ０ ４ １
第ｌ卷 ２
第４ 期
电 子元 嚣 件 主 用
Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃＣｏ ｏ ｅ ｔ Ｄｅ ｉ ｅＡｐ ｌ ａ ｉｎ ｌ ｃｒ ｉ ｏ ｍｐ ｎ ｎ ＆ ｖｃ ｐ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ
比Ｈ Ｉ ＭＳＷ在 介 质 基 片 中 只 用 一 排 金 属 通 孔 作 为 电
壁 ，但 其 中 的 电磁 波 与 ＳＷ有 相 同 的 传 播 性 质 。 Ｉ
由于 在ＳＷ 中传播 的主 模 是 阿 场 分 布 关 于 Ｉ
能 更加 良好 。
轴 完 全 对 称 ，并 且 主 模 的能 量 集 中在 对 称 轴 附
要 求 。基 片 集 成 波 导 ｆＩ ＳＷ）是 在 介 质 基 片 上 用
两 排 周期 的金 属通 孔形 成 电壁 ．然 后 与 上下 金 属 面一 起 构 成类 似 于普 通 矩 形 波 导 金 属 腔 的结 构 。 与传 统 的矩形 波导 相 比，这种 结 构 可在 普通 的介
质 基 片上 实 现 高Ｑ值 的器 件 ，而 且结 构 简 单 ，加
近 ，因 此 ，其 对 称 轴 就 形 成 了 等 效 磁 壁 。 事 实 上 ，沿 对称 轴 将 ＳＷ剖 开 ，空气 与介 质基 片 的分 Ｉ
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ２ １ — ２ ０１
２ 滤 波 器设 计
２１ 理 论 基 础 ．
滤 波器 的设 计 可采 用 带 阻滤 波器 的设 计 理 论
基 于半模 基 片集 成 波导 的高通 特 性 和带 阻 滤 波器 的设 计 理论 ，本文 设计 了一种 电容性 缝 隙耦 合的Ｈ Ｉ ＭＳＷ带 通 滤 波 器 。 该 滤 波 器 具 有 结 构 紧 凑 ，通带 较 宽 ，以及 较 好 的带外 抑 制 等性 能 。 由 于Ｈ Ｉ ＭＳＷ与 ＳＷ一 样具 有 高通性 质 ，而周 期 性 的 Ｉ
Ｖ Ｉ ２ Ｎｏ４ ｏ ＿ ． １
Ａｐ ．２ ０ ｒ ０１
２ １ 年４ ００ 月
线 构 成 ，图２ 示 是 其结 构 示 意 图 。其 中 的谐 振 所 单 元是 由带 接地金 属 面 的ＨＭＳＷ上层 金属 面开 成 Ｉ
输 出耦 合 是 指从最 外 面 的谐 振 单元 （ 性缝 隙） 电容
到微 带线 部分 的耦 合 ，主要 是 微带 渐 变线 的长 度
和宽 带 。它影 响着 滤 波器通 带 的插 入损 耗 和波 纹
电容性 的缝 隙而成 。 电容性 缝 隙和 旁边 的金 属 化
通 孑 对 应 于传 输线 分支 上 的 串联 电容 和 电感 。 串 Ｌ 联 电容和 电感 又形 成 了并联 谐 振单 元 。谐 振单 元 之 间用 １ 波 长ＨＭＳＷ 连接 ，波 长 （ ／ ４ Ｉ 即设 计 的 滤 波 器 阻带 中心 频 率 大 约 是通 带 中 心频 率 的两 倍 １ 是 对 应 的 波 导 波 长 ，在 谐 振 单 元 为 奇 数 的情 况 下 ，ＨＭＳＷ 的 等效 阻 抗 与输 入输 出 端 的ＨＭＳＷ Ｉ Ｉ 等 效 阻抗相 同 。图３ 示是 滤波 器 的谐振 器 单元 ， 所