X波段基片集成波导带通滤波器的设计

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。 《X波段基片集成波导带通滤波器的设计》 本文主要探讨了一种新型的微波毫米波电路技术——基片集成波导（SIW）及其在X波段带通滤波器设计中的应用。基片集成波导作为一种创新的导波结构，其优势在于具备低损耗、低辐射和高Q值的特性，使得它能够设计出性能接近传统金属波导的滤波器、功率分配器、耦合器和天线，并且能与微带、共面波导等平面电路无缝集成。 基片集成波导的结构特征在于，它由两排金属化通孔构成，这些通孔的中心间距、直径和间距、介质基片的厚度和介电常数都是设计的关键参数。由于其与普通矩形金属波导在结构和传输特性上的相似性，可以使用等效的矩形金属波导模型进行分析。设计带通滤波器时，可以借鉴并联电感耦合波导滤波器的理论，采用半波长波导段作为串联谐振器，通过并联电感进行耦合。 设计过程通常包括以下几个步骤：选择仅传输TE10模的低通原型，然后通过转换得到带通滤波器；计算所需的阻抗变换器阻抗，这直接影响到电感膜片的尺寸和谐振器的长度；接着，确定各并联感抗，从而计算谐振器的电长度和长度；再者，利用耦合膜片的感抗和电感加载关系确定电感膜片的具体尺寸；借助矩形金属波导与基片集成波导的等效关系，将设计尺寸转换为实际的SIW结构。 在设计实例中，为了实现基片集成波导与50 Ω微带线的过渡，采用了微带渐进线，经过仿真优化得到具体的过渡尺寸。滤波器的设计参数，例如中心频率、通带范围、阻带衰减等，都会影响到滤波器的性能。选用高介电常数的基片可以减小滤波器尺寸，但也会增加插入损耗。 仿真分析结果显示，设计的滤波器在9.5 GHz处具有1 GHz的带宽，插入损耗为1.9 dB，回波损耗低于-20 dB，阻带衰减超过50 dB。然而，实测结果与仿真存在一定的偏差，中心频率上移、带宽减小以及插入损耗的增加，主要归因于基片介电常数的不稳定性、接头损耗和过渡结构的影响。 基片集成波导在X波段带通滤波器设计中展现出强大的潜力，其独特的优点使得它成为微波毫米波电路领域的一个重要研究方向。通过精确设计和优化，可以实现高性能、小型化的滤波器，对于提升网络通信系统的信号处理能力和频谱效率具有重要意义。