寬帶高隔離度SIW功分器設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種新型高隔離度寬帶介質(zhì)集成功分器。該功分器的頂層金屬上設(shè)計(jì)了三個(gè)蝶形的輻射縫隙用以增強(qiáng)SIW(基片集成波導(dǎo))功分器的帶通特性。用耦合槽和電阻將魔T中的匹配電場(chǎng)臂平面化，將其用于該功分器來(lái)增強(qiáng)輸出端口間的隔離度。同時(shí)輸入與輸出端口均采用微帶到SIW的過(guò)渡結(jié)構(gòu)以減少回波損耗，使功分器在保持較好回波損耗的同時(shí)具有較高的輸出端口隔離度。詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)原理和仿真分析，對(duì)實(shí)物進(jìn)行了測(cè)試。

引言

　　金屬波導(dǎo)器件已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用在微波毫米波通信系統(tǒng)中，但是它們的低集成度和高生產(chǎn)成本阻礙了進(jìn)一步應(yīng)用。基片集成波導(dǎo)(SIW)由于它具有高Q值、高集成度和易于加工的特性，并能方便的實(shí)現(xiàn)與微帶線(xiàn)，共面波導(dǎo)等平面?zhèn)鬏斁€(xiàn)的集成，已成為微波無(wú)源器件研究的新方向。目前，在功分器、濾波器和耦合器等無(wú)源器件的設(shè)計(jì)中運(yùn)用該技術(shù)已經(jīng)顯示出了SIW相比較于金屬波導(dǎo)的優(yōu)越特性。本文運(yùn)用三維電磁仿真軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)新型結(jié)構(gòu)的Ku波段基片集成波導(dǎo)功分器，實(shí)測(cè)結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的功分器具有較好的性能。

1 功分器原理介紹

　　本文將具有濾波功能的碟形結(jié)構(gòu)和魔T平面化電場(chǎng)匹配臂運(yùn)用到這一新型功分器上。該功分器的濾波結(jié)構(gòu)通過(guò)在SIW器件頂層蝕刻出放射槽來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。這一蝶形結(jié)構(gòu)被用來(lái)增強(qiáng)頻率選擇性，顯著的減少了回波損耗^[1]。在提高隔離度方面，通常通過(guò)在輸出端口間插入隔離電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，但該方法一般只適用于微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)。魔T結(jié)構(gòu)的各端口之間有著很好的隔離特性，但是其波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)使其占用體積過(guò)大，將這一結(jié)構(gòu)平面化后用于SIW功分器的設(shè)計(jì)，在輸出端口間取得了較高的隔離度^[2]，如圖2所示。同時(shí)，為了減少信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失，在輸入輸出端口均采用了微帶到SIW的過(guò)渡設(shè)計(jì)^[3]。

　　由文獻(xiàn)[4]可知，SIW功分器的截止頻率由以下公式?jīng)Q定：

(1)

　(2)

　　公式中(1)中f_c是功分器截止頻率，W_eff是SIW器件工作的等效矩形波導(dǎo)寬度，W則是SIW器件的物理寬度。D和P分別是金屬通孔的直徑和孔間距。C是光在真空中的速度，ε_r是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

2 功分器的實(shí)現(xiàn)

　　本文設(shè)計(jì)的SIW功分器布局如圖3所示。由于SIW結(jié)構(gòu)具有高通特性，而電磁狹縫帶隙結(jié)構(gòu)具有阻帶的特性，因此用一個(gè)周期性的蝶形輻射結(jié)構(gòu)被刻蝕在SIW的頂層去實(shí)現(xiàn)這一濾波響應(yīng)^[5]。影響這一特性的主要有碟形縫隙之間的距離LR，碟形兩端扇形的半徑r，弧度角θ，以及連接上下兩個(gè)扇形的縫隙長(zhǎng)條，其高為g，寬度為S。這些參數(shù)通過(guò)電磁仿真進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最好的帶外抑制。