宽带高隔离度SIW功分器设计

摘要：介绍了一种新型高隔离度宽带介质集成功分器。该功分器的顶层金属上设计了三个蝶形的辐射缝隙用以增强SIW(基片集成波导)功分器的带通特性。用耦合槽和电阻将魔T中的匹配电场臂平面化，将其用于该功分器来增强输出端口间的隔离度。同时输入与输出端口均采用微带到SIW的过渡结构以减少回波损耗，使功分器在保持较好回波损耗的同时具有较高的输出端口隔离度。详细介绍了设计原理和仿真分析，对实物进行了测试。

引言

　　金属波导器件已经被广泛的运用在微波毫米波通信系统中，但是它们的低集成度和高生产成本阻碍了进一步应用。基片集成波导(SIW)由于它具有高Q值、高集成度和易于加工的特性，并能方便的实现与微带线，共面波导等平面传输线的集成，已成为微波无源器件研究的新方向。目前，在功分器、滤波器和耦合器等无源器件的设计中运用该技术已经显示出了SIW相比较于金属波导的优越特性。本文运用三维电磁仿真软件设计了一个新型结构的Ku波段基片集成波导功分器，实测结果表明该结构的功分器具有较好的性能。

1 功分器原理介绍

　　本文将具有滤波功能的碟形结构和魔T平面化电场匹配臂运用到这一新型功分器上。该功分器的滤波结构通过在SIW器件顶层蚀刻出放射槽来实现，如图1所示。这一蝶形结构被用来增强频率选择性，显著的减少了回波损耗^[1]。在提高隔离度方面，通常通过在输出端口间插入隔离电阻来实现，但该方法一般只适用于微带线结构。魔T结构的各端口之间有着很好的隔离特性，但是其波导的结构使其占用体积过大，将这一结构平面化后用于SIW功分器的设计，在输出端口间取得了较高的隔离度^[2]，如图2所示。同时，为了减少信号在传输过程中的损失，在输入输出端口均采用了微带到SIW的过渡设计^[3]。

　　由文献[4]可知，SIW功分器的截止频率由以下公式决定：

(1)

　(2)

　　公式中(1)中f_c是功分器截止频率，W_eff是SIW器件工作的等效矩形波导宽度，W则是SIW器件的物理宽度。D和P分别是金属通孔的直径和孔间距。C是光在真空中的速度，ε_r是介质的相对介电常数。

2 功分器的实现

　　本文设计的SIW功分器布局如图3所示。由于SIW结构具有高通特性，而电磁狭缝带隙结构具有阻带的特性，因此用一个周期性的蝶形辐射结构被刻蚀在SIW的顶层去实现这一滤波响应^[5]。影响这一特性的主要有碟形缝隙之间的距离LR，碟形两端扇形的半径r，弧度角θ，以及连接上下两个扇形的缝隙长条，其高为g，宽度为S。这些参数通过电磁仿真进行优化，从而得到最好的带外抑制。