一种新型多层八分之一模基片集成波导滤波器小型化研究
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第
15
卷 第
29
期
2015
年
10
月
1671—1815（ 2015） 29-0145-04
科 学 技 术 与 工 程
Science Technology and Engineering
Vol. 15 No. 29 Oct． 2015
2015 Sci. Tech. Engrg.
一种新型多层八分之一模基片集成波
导滤波器小型化研究
段晓曦
朱永忠 李 萍 陈 军
（
武警工程大学信息工程系
，
西安
710086）
摘 要 为进一步解决基片集成波导滤波器小型化问题
，
提出并设计了一种新型多层八分之一模基片集成波导
（ e
ighth-mode
substrate integrated waveguide，EMSIW）
滤波器
。
利用高频电磁仿真软件
Ansoft-HFSS
建立滤波器模型并进行仿真
，
仿真结果表
明其性能较好
，
相对带宽为
23. 6% ，
尺寸相较于原始谐振腔减小了
87. 5% ，
较好地实现了基片集成波导滤波器的小型化
。
关键词 多层 滤波器 八分之一模基片集成波导
中图法分类号
TM454；
文献标志码
A
2015
年
5
月
14
日收到 国
家自然科学基金
（ 61302051） 、
陕西省自然科学基金研究计划
（ 2012JQ8026） 、
武警工程大学基础基金
（ WJY201309）
资助
第一作者简介
：
段晓曦
（ 1991—） ，
女
，
硕士研究生
。
研究方向
：
微波
技术与天线
。E-mail： dxxish@ 163. com。
近 年 来
，
基
片 集 成 波 导
（ substrate integrated
waveguide，SIW）
［1］
由于高品质因数
、
大
功率
容量
、
易加工和成本低等优点
［2］
在无线
通信系统中被广
泛使用
，
然而它仍然存在不足
，
即其相比于微波电路
中其他元件而言
，
电路版图的占用面积较大
［3］
。
在
人们不断探索
之下
，
基于基片集成波导的半模技术
（ hal
f mode substrate integrated waveguide ， HM-
SIW）
［4］
，
四分之一模技术
（ quarter-mode substrate in-
tegrated waveguide，QMSIW）
［5］
，
折 叠 技
术
（ folded
substrate integrated waveguide，FSIW）
［6］
，
折叠半
模
技 术
（ folded half-mode substrate Integrated
waveguide，FHMSIW）
等相继出现
，
使得器件在原面
积的基础上大幅减小
，
而这其中
QMSIW
和
FHMSIW
相比 原 始
SIW
谐振腔减少的面积最多
，
可 达 到
75% 。
而多层技术
［7］
的出现
，
更是在缩小电路版图
上存在巨大的潜力
，
它通过增加介质基片的高度
，
真
正
实现三维的微波集成电路
，
使得器件面积显著
减少
。
本文在半模和四分之一模基片集成波导的基础
上
，
进一步提出了八分之一模基片集成波导谐振结
构
（ eighth-mode substrate integrated waveguide，EM-
SIW）
，
并结合多层技术
，
在保证其性能的基础上
，
使
得尺寸减小了
87. 5% ，
相较之前有了很大的提升
，
初步实现了滤波器的小型化
，
同时利用电磁仿真软
件
Ansoft-HFSS
将理论与实际进行对比
。
1
理论分
析
本文以八分之一模基片集成波导作为谐振腔
，
为确保
其可行性
，
对能量演变过程进行了讨论
。
当
谐振腔工作在
TE
101
模式下
，
腔
体内的场分布是均匀
的
，
具有对称性
［8］
。
如图
1（ a） ～
图
1（ d）
所示
，
在
基
片集成波导腔体中
，
沿虚拟磁壁两等分
，
得 到
HMSIW
［9，10］
，
再将
HM
SIW
对称平分两次
，
从而得到
EMSIW。
图
1 SIW
演变能量示意图
Fig. 1 The development of energy of SIW
在
SIW
谐振腔
中
，
由于其长度与宽度比值较
大
，
只有
TE
mop
模可以在其中谐振
，
因此
，
将对
称平面
看作等价磁壁
，
八等分后得到
EMSIW，
其等价宽
度
［11］
可通过
公式
（ 1）
得到
：
W
EMSI W
eff
=
W
SIW
eff
2
+ h
0. 05 +
0. 30
ε
( )
r
×
ln
0. 79W
SIW
eff
4h
3
+
52W
SIW
eff
－ 261
h
2
+
38
h
( )
+ 2. 77 （ 1）
式
（ 1）
中
，h
为
介质
板高度
，（ r = 1，2，3，…，
）
为介质
的
介电常数
，W
siw
eff
为
SIW
结构的等价宽度
。
而
EM-
SIW
谐振器
T
E
mop
模的谐振频率可由公式
（ 2）
得到
：
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