0 引言

近年來，基片集成波導（SIW）在微波及毫米波電路設計中得到了廣泛的應用。基片集成波導具有品質因數高，功率容量大，易于集成，成本低等優點。然而，在有的應用場合，SIW的體積仍然比較大；為進一步地縮小尺寸，一種小型化結構“半模基片集成波導”被提出來。半模基片集成波導（HMSIW）具有與SIW相似的傳輸和截止特性，而且尺寸減小了1／2，結構更加緊湊。

缺陷地結構（DGS）是在微帶線的接地金屬板上刻蝕周期或非周期的柵格結構，改變傳輸線的分布電感和分布電容，獲得帶阻特性和慢波特性等。啞鈴型DGS結構簡單，已被廣泛地應用在低通濾波器的設計中。

本文將具有高通傳輸特性的HMSIW與具有低通特性的改進的周期性啞鈴形DGS結構結合，實現結構緊湊的寬帶帶通濾波器。

1 寬帶帶通濾波器的設計

1．1 半模基片集成波導

將SIW沿中心面切開，得到的1／2結構就是HMSIW，切開的面可近似等效為理想磁壁。HMSIW的寬度大約是SIW的1／2，但它具有和SIW相似的傳播和截止特性。HMSIW的基本結構如圖1所示。圖中d是金屬化通孔的直徑，p是相鄰金屬化孔的距離，Wh是HMSIW的寬度，錐形過渡線的寬度和長度分別是Wt和Lt，輸入輸出的微帶線寬度和長度分別是W0和L01。

合理選擇金屬孔的大小和間距，SIW可以等效為介質填充的矩形波導。根據要求的截止頻率3．7 GHz，可以由式（1）計算出SIW的寬度WSIW =25．2 mm，HMSIW的寬度Wh大約是對應的WSIW的1／2。

錐形過渡線的寬度Wt和長度Lt最佳尺寸需要經過全波仿真和優化來確定，以實現更寬的工作帶寬和更小的損耗。HMSIW的傳輸特性曲線如圖2所示。在4．1～8．9 GHz的范圍內反射損耗小于-10 dB，由此可見，HMSIW具有較好的高通傳輸特性。

1．2 改進的啞鈴形DGS結構

如圖3所示，改進的DGS結構是將傳統的啞鈴型DGS中間的矩形縫隙偏移到了上、下兩個矩形的一端，而且采用微帶線補償的方式改善DGS低通濾波器的帶內特性。

如圖4所示，改進的DGS結構的帶內波紋特性得到了改善，帶內反射損耗減小，由圖5可知，導帶寬度Wc主要影響DGS低通濾波器的通帶特性，對阻帶特性影響較小。而且隨著其值的不斷 增加，通帶內的波紋越來越小，通帶特性越來越好；其次，對阻帶衰減極點的影響可忽略不計。

1．3 HMSIW-DGS帶通濾波器

半模基片集成波導具有高通傳輸特性，周期性啞鈴形DGS具有低通傳輸特性，將兩者結合就可實現寬帶帶通濾波器。如圖6所示，由于過渡部分的微帶線逐漸變寬，具有微帶線補償作用，所以將兩對改進的啞鈴型DGS刻蝕在HMSIW過渡結構的下方以減小反射損耗。優化DGS和HMS IW部分之間的距離t1可以得到S11性能最好的結果。優化后的濾波器的尺寸如表1所示。

2 測量結果

濾波器的實物如圖7所示，與傳統的SIW帶通濾波器相比，這種HMSIW帶通濾波器尺寸變得更小，更易于集成。

圖8給出了仿真和測試曲線，仿真與實測結果吻合的較好。實測結果中，濾波器的中心頻率為5．3 GHz，相對帶寬可達51％（3．9～6．7 GHz），具有良好的寬帶特性；帶內最大插入損耗小于1．6 dB。

3 結語

該濾波器結合了HMSIW的高通特性和周期性DGS的低通特性，實現了較寬的帶寬，帶內反射損耗特性較好。與傳統的SIW濾波器相比，該濾波器具有小型化、結構筒單、更易于集成的特點，具有廣泛的應用前景。