一種小型化微波寬帶帶通濾波器及其工程設計

　　摘要：介紹了一種基于基片集成波導(SIW)結構的小型化微波寬帶帶通濾波器，采用緊湊型設計，同時提出了其工程設計方法及流程，通過11GHz和15GHz典型微波頻段的四腔帶通濾波器實例驗證，達到對于偏離中心2GHz以上的頻段抑制35dB以上的要求，且仿真與測試結果相對吻合較好，設計方法和流程合理、有效。

　　引言

　　微波濾波器是微波系統(tǒng)中的重要元件之一，尤其在微波通信收發(fā)信機中被廣泛使用。隨著移動通信的發(fā)展，通信網絡密度越來越高，小型化的微波中繼和回傳網絡設備也迅速發(fā)展，這就對收發(fā)信機及其微波器件的低成本、小型化、高集成性提出的要求。

　　微帶電路具有小型化、工藝簡單、易于集成的優(yōu)點，但是隨著頻率的升高，尤其在10GHz以上頻段工作時，其Q值變低、損耗變大，泄漏和輻射也隨之而來。與之相比，在傳統(tǒng)微波設備中廣泛應用的波導器件，雖然性能可靠，但是其體積偏大，調試和加工成本較高，并且不易集成。基片集成波導(SIW)^[1-2]，作為一種新型的導波結構，具有與傳統(tǒng)波導相似的傳輸特性，同時具有微帶易于加工和集成的顯著優(yōu)點，是在保障良好和穩(wěn)定性能的前提下，解決濾波器小型化、低成本、高集成性的有效途徑。

　　國內外已經有不少將基片集成波導技術應用到濾波器設計的研究^[2-9]，較多的還是偏向理論分析和新工藝結構的探索，應用于工程實際的還是比較少見。本文立足于工程設計和優(yōu)化，介紹了一種緊湊型腔體布局的微波帶通濾波器的實例，并應用于實際工程產品。

　　1 基于SIW的帶通濾波器的基本結構

　　基片集成波導(SIW)^[1-2]技術，其基本結構是以介質基片為載體，上下底面為金屬層，傳導路徑的兩側采用金屬化過孔，這樣就實現了傳統(tǒng)的金屬波導傳輸特性，更有優(yōu)勢的是這種結構能通過傳統(tǒng)的PCB工藝精確實現。

　　對于SIW濾波器或者腔體濾波器而言，其腔體的基本形狀通常并無限制，形狀對固有品質因數的影響差異不大，故腔體形狀的選擇應該從布局的靈活性和工藝的實現性等方面來考慮：SIW的側壁由金屬化過孔排列而成，相鄰腔體間孔距要符合制板工藝的要求，正方形腔體^[3]、矩形腔體^[4]布局時相鄰邊可以完全重合，充分可共用鄰邊，尤其是矩形比正方形的靈活度更高;五邊以上的正多邊形腔體的靈活性次之，但設計復雜度略高;而圓腔在相鄰腔體間始終存在縫隙，整體布局不緊湊、因工藝問題腔體易變形^[3]。綜合考慮，本文選擇矩形腔體為設計方案實現小型化結構。

　　所述的典型的小型化四腔帶通濾波器的結構如圖1所示，因為端口要盡量位于濾波器的中心，所以饋電的微帶線向腔體一邊偏置;考慮到小型化需求，饋電的微帶線采用插入耦合的方式^[3-4]，這樣的方式比低阻-高阻短微帶線匹配^[6]或者傳統(tǒng)的漸變線過渡方式^[7-9]更節(jié)省布局的空間;同時在端口所在腔體的公共側壁形成微擾匹配結構。相對于非共側壁的折疊式方案^[5]，共側壁的布局尺寸的利用率更高，當然也對形成側壁的金屬化過孔直徑φ及其之間的間距dp提出了要求：一般情況下，dp/φ<2且φ/a<0.2^[10]即可;考慮到工程常規(guī)PCB制版工藝可靠保證的前提，本文方案選擇金屬化過孔內直徑φ為0.4mm且dp/φ=1.2~1.5。