基片集成波导腔体带通滤波器的研究

小型化多层双模基片集成波导平衡带通滤波器

吕大龙， 刘　庆， 张俊杰， 张德伟， 周东方

（中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，郑州 450001）

 摘 要： 针对平衡滤波器小型化和高选择的应用需求，提出两种新型的多层双模基片集成波导平衡带通

滤波器。首先详细分析了基于平衡端口馈电的双模基片集成波导谐振器的特性；然后根据谐振模式分布特性，

设计了一种输入输出馈线同时在上层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器，下层双模谐振器通过十字交叉槽

线结构与上层谐振器耦合，可以实现三个传输零点；又提出一种输入和输出馈线分别在上层和下层双模谐振器

上的四阶平衡带通滤波器，上层和下层谐振器通过一个槽线进行耦合，可以实现两个对称的传输零点。基于提

出的两种平衡滤波器结构，分别设计了一个中心频率为10 GHz的平衡带通滤波器，并进行加工和测试。测试和

仿真结果一致性较好，表明了该结构可以实现小型化和高选择，并且具有很好的共模抑制特性。 关键词： 平衡滤波器； 共模抑制； 带通滤波器； 双模； 基片集成波导； 近似椭圆响应； 多层 中图分类号： TN715 文献标志码： A doi: 10.11884/HPLPB202032.190199

Compact balanced bandpass filters based on multilayer

dual-mode substrate integrated waveguide cavities

Lü Dalong， Liu Qing， Zhang Junjie， Zhang Dewei， Zhou Dongfang

（PLA Strategic Support Force Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China）

Abstract： To design size-reduced balanced bandpass filters (BPFs) with high selectivity, two new multilayer

第１２卷第４期　２０１０年４月　遂钎　Ｖ０ｌ＿ｌ２　Ｎｏ．４　Ａｐｒ．２０１０　

ｄｏｉ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１５６３－４７９５．２０１０．０４．０１６　

半模基片集成波导带通滤波器的设计　

．　陶羽中　

ｆ南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏　南京２１０００３）　

摘　要：给出了一种新型半模基片集成波导ｆＨＭＳＩＷ）带通滤波器的设计和实验方案。该设　

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８　ＧＨｚ，带宽在１２．５％左右，通带内插入损耗在１　ｄＢ以下，回波损　

耗在一１５　ｄＢ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Ａｎｓｏｆｉ　

ＨＦＳＳ软件进行了仿真实验。　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　

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　

要求。基片集成波导ｆＳＩＷ）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　

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　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。　

１　半模基片集成波导的结构特点　

半模基片集成波导ｆＨＭＳＩ￣ｖ　是最近提出的　

一种导波结构，图１所示是其基本结构。与ＳＩＷ相　

比ＨＭＳＩＷ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ＳＩＷ有相同的传播性质。　

由于在ＳＩＷ中传播的主模是阿　场分布　关于　

轴完全对称，并且主模的能量集中在对称轴附　

近，因此，其对称轴就形成了等效磁壁。事实　

基片集成波导双模带通滤波器级联技术简介

】Substrate Integrated Waveguide （ SIW）is a new type

of waveguide structure made based on normal dielectric substrate ，

its advantage lies in the low insertion loss ， low radiation ，

high power capacity ， high Qvalue ， small volume ， light

weight ， easy to processing and ease of integration. It have the

advantages of both microstrip filters and waveguide filters. This

thesis made a review of the study of cascading technology before ，made a summary of the substrate integrated waveguide cascade

technology

research status at home and abroad

structure characteristics of each cascading way simple

analysis for each cascade way.

1 基片集成波导简介

度为h的介质层，上下表面为金属层，以及介质层内间距为s的 有序排列的金属柱。SIW结构与传统的矩形波导具有相似的结构 [2] ，上下表面的金属层相当于传统金属波导的上下金属面，两 排周期性金属通孔则形成相当于矩形波导的两个侧壁， 共同限制 电磁波在所围的区域内向前传播。

2 基片集成波导级联技术的研究现状 and introduced the

现代电子技术ModernElectronicsTechniqueMay2023Vol.46No.102023年5月15日第46卷第10期

0引言

表面等离子体激元（SPPs）是一种电磁波模式，由在介质中传播的电磁场与金属表面下的自由电子之间的相互作用激发[1]。表面等离子激元的电磁场在界面的垂直方向上呈指数衰减，因此它被限制在亚波长范围内的界面周围。由于能够绕过衍射极限，SPPs已被应用于各种纳米光子学和光电子学[2⁃10]。然而，由于金属固有频率的限制，不存在微波或太赫兹等低频率区域的自然SPPs。为了在微波或太赫兹频段实现高度受限的电磁场，Pendry等人提出一种人工表面等离子体激元（SSPPs）结构来模拟光学频率下的SPPs[2]。基于这一概念，各种微

波和太赫兹SSPP波导，如具有纹理亚波长凹槽或孔格

的金属表面、具有波纹环或螺旋凹槽的金属线和多米诺

波导已经在理论上或实验上进行了研究[6⁃19]。近年来，

平面SSPP波导因其在实现小型化和高集成的电路和系

统方面的巨大潜力而引起了国内外学者的广泛关注。

例如崔铁军等人提出了基于矩形波纹超薄金属条的各

种平面SSPP波导[12⁃15]。同时，许多具有不同单元结构的

平面SSPP波导，例如单/双面矩形凹槽、T⁃/L⁃/折叠/螺旋

短截线、哑铃单元也已被证明可以进一步减小波导的尺

寸，并基于这些波导开发了各种微波器件，包括天线、功

率分配器和滤波器等[11⁃19]。

基片集成波导（SIW）是由上下表面金属板、两排连DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.10.006

引用格式：邵建兴.基于弯曲波纹基片集成等离子波导的带通滤波器设计[J].现代电子技术，2023，46（10）：26⁃30.

基于弯曲波纹基片集成等离子波导的

带通滤波器设计

邵建兴

（上海航天科工电器研究院有限公司，上海200331）

摘要：文中提出一种基于弯曲波纹基片集成人工等离子激元波导（BCSIPW）的微波带通滤波器（MBF）结构。通过在基片集成波导（SIW）的顶层和底层蚀刻阵列槽，实现具有低截止频率和高截止频率的人工表面等离子体激元模式（SSPPs）。同时，通过在基片集成波导顶层采用两排14弯曲短截线代替金属通孔，避免基板集成波导的金属通孔加工。为验证所设计结构的性能，设计一种BCSIPW带通滤波器。仿真和测试结果表明，该滤波器的通带范围为9~11.5GHz，带内回波损耗≤-12.5dB，插入损耗≤2.5dB。BCSIPW结构具有集成度高、加工方便等优点，在微波器件及组件中具有良好的应用前景。