SIW带通滤波器的HFSS仿真实例

2、双膜滤波器的实现与仿真

图4所示是双膜SIW腔体带通滤波器的结构示意图。在谐振腔的对角线上挖去两个相同的立方体，输入／输出采用直接过渡的转换结构。滤波器选用Rogers RO3010作为介质基板，其相对介电常数εr=10．2，损耗角正切tan d为0．0035；谐振腔长度a为21．5 mm，宽b为21．5 mm，高h为0．5mm；切去的立方体边长cw为2．2 mm；中心馈线的宽度tw为0．72 mm。输入／输出采用无缝耦合的直接转换结构，这样可减少输入／输出结构的耦合损耗。

图4 双膜SIW带通滤波器示意图

3、仿真结果分析

仿真可采用电磁仿真商业软件HFSS来完成。通过仿真介质谐振腔滤波器(滤波器源型)可以发现，不同的耦合输入／输出窗口宽度影响着滤波器中心频率的位置，同时也影响耦合强度和带内插入损耗。从图5中看出，随着耦合窗宽度的增大，滤波器的中心频率会上移，耦合减弱，带内插入损耗变大，也就是滤波器的匹配性能变差。

图5 不同窗口宽度对S参数的影响曲线

针对切去的立方体尺寸对滤波器性能的影响。从方便的角度考虑，应先保证一个角上的正方体尺寸不变，而改变另一个切去的立方体尺寸，然后观察微扰变化对S参数的影响。从图6所示的曲线可以看出，微扰尺寸几乎不改变S参数曲线的形状，对中心频点的影响不大，微扰越大，带宽越宽，相应的高阻带传输零点会往高频点移动。

图6 不同微扰尺寸对S参数的影响曲线

从以上结果可以看出，通过改变微扰大小可调节滤波器的带宽，而改变耦合输入／输出窗口的宽度则可调节滤波器的中心频率和匹配性能。

综合以上仿真研究并结合公式(1)、(2)，可先计算出SIW的相关尺寸。然后通过HFSS仿真对滤波器性能进行优化，最终所得出的设计电路具体尺寸为h=0．5 mm，ε_r=10．2，tan d=0．0035，a=b=21．5 mm，d=0．8 mm，s=1．2 mm，c_w=2．2 mm，t_w=0．72 mm，c_w=8．4 mm，b_a=2 mm。

图7 双膜SIW腔体滤波器S参数的响应曲线

图7所示是本设计的双膜SIW腔体滤波器S参数的响应曲线。从图7中可以看出，采用本设计实现的滤波器的中心频率fo=4．95 GHz，3 dB相对带宽FBW=4．36%，通带内插入损耗为0．9 dB，反射损耗S11小于-22 dB，阻带右侧5．45 GHz处会形成一个传输零点，损耗接近-40 dB。

4、总结

本文应用SIW技术设计了一种具有良好性能的双膜窄带带通滤波器。该滤波器设计原理简单、尺寸小、重量轻、带内插损小、阻带衰减性能好；而且采用直接过渡的转换结构，从而减少了耦合输入／输出损耗。故在无线通信、军事、科技等领域有着广泛的应用前景。

作者：王美侠，南京邮电大学电子科学与工程学院