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SIW帶通濾波器的HFSS仿真實例

2013-12-11 來源:微波射頻網 字號:
2、雙膜濾波器的實現與仿真

圖4所示是雙膜SIW腔體帶通濾波器的結構示意圖。在諧振腔的對角線上挖去兩個相同的立方體,輸入/輸出采用直接過渡的轉換結構。濾波器選用Rogers RO3010作為介質基板,其相對介電常數εr=10.2,損耗角正切tan d為0.0035;諧振腔長度a為21.5 mm,寬b為21.5 mm,高h為0.5mm;切去的立方體邊長cw為2.2 mm;中心饋線的寬度tw為0.72 mm。輸入/輸出采用無縫耦合的直接轉換結構,這樣可減少輸入/輸出結構的耦合損耗。

圖4 雙膜SIW帶通濾波器示意圖

3、仿真結果分析

仿真可采用電磁仿真商業軟件HFSS來完成。通過仿真介質諧振腔濾波器(濾波器源型)可以發現,不同的耦合輸入/輸出窗口寬度影響著濾波器中心頻率的位置,同時也影響耦合強度和帶內插入損耗。從圖5中看出,隨著耦合窗寬度的增大,濾波器的中心頻率會上移,耦合減弱,帶內插入損耗變大,也就是濾波器的匹配性能變差。

圖5 不同窗口寬度對S參數的影響曲線

針對切去的立方體尺寸對濾波器性能的影響。從方便的角度考慮,應先保證一個角上的正方體尺寸不變,而改變另一個切去的立方體尺寸,然后觀察微擾變化對S參數的影響。從圖6所示的曲線可以看出,微擾尺寸幾乎不改變S參數曲線的形狀,對中心頻點的影響不大,微擾越大,帶寬越寬,相應的高阻帶傳輸零點會往高頻點移動。

圖6 不同微擾尺寸對S參數的影響曲線

從以上結果可以看出,通過改變微擾大小可調節濾波器的帶寬,而改變耦合輸入/輸出窗口的寬度則可調節濾波器的中心頻率和匹配性能。

綜合以上仿真研究并結合公式(1)、(2),可先計算出SIW的相關尺寸。然后通過HFSS仿真對濾波器性能進行優化,最終所得出的設計電路具體尺寸為h=0.5 mm,εr=10.2,tan d=0.0035,a=b=21.5 mm,d=0.8 mm,s=1.2 mm,cw=2.2 mm,tw=0.72 mm,cw=8.4 mm,ba=2 mm。

圖7 雙膜SIW腔體濾波器S參數的響應曲線

圖7所示是本設計的雙膜SIW腔體濾波器S參數的響應曲線。從圖7中可以看出,采用本設計實現的濾波器的中心頻率fo=4.95 GHz,3 dB相對帶寬FBW=4.36%,通帶內插入損耗為0.9 dB,反射損耗S11小于-22 dB,阻帶右側5.45 GHz處會形成一個傳輸零點,損耗接近-40 dB。

4、總結

本文應用SIW技術設計了一種具有良好性能的雙膜窄帶帶通濾波器。該濾波器設計原理簡單、尺寸小、重量輕、帶內插損小、阻帶衰減性能好;而且采用直接過渡的轉換結構,從而減少了耦合輸入/輸出損耗。故在無線通信、軍事、科技等領域有著廣泛的應用前景。

作者:王美俠,南京郵電大學電子科學與工程學院

主題閱讀:HFSS仿真  帶通濾波器
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