寬帶高隔離度SIW功分器設(shè)計(jì)

為了減小回波損耗，設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了T形結(jié)結(jié)構(gòu)^[6]，即在模型設(shè)計(jì)中增加了通孔post1，其位置位于輸入端口的中心線上，距離右邊SIW陣列的距離是Lp，孔的直徑為D，與SIW通孔的大小相同^[7]。為了增加流向port2和port3的信號，將信號分流處的兩邊均采用了傾斜的SIW通孔陣列。

　　圖2中已經(jīng)說明了將魔T結(jié)構(gòu)用于高隔離度功分器設(shè)計(jì)的過程。傳統(tǒng)波導(dǎo)魔T的三個H面電臂能夠等效為三個SIW傳輸結(jié)構(gòu)，然而它仍然不是平面結(jié)構(gòu)。由于設(shè)計(jì)的目的是為了實(shí)現(xiàn)一個三端口的功分器，E面臂上必須加上一個匹配的負(fù)載，這一匹配負(fù)載則是由楔形尖劈來實(shí)現(xiàn)，不同等高層面代表了不同的電阻值，因此通過將電阻的阻值應(yīng)當(dāng)是從中間往兩邊逐漸減小的方式來模擬這一變化過程。具體在SIW上實(shí)現(xiàn)如圖4所示，首先在頂部的金屬導(dǎo)體上蝕刻出一段槽縫，然后將一系列電阻沿著電場方向連接在槽縫上。由于通孔post1的存在，將這一槽縫分割為post1左右兩個部分。通過在HFSS中將這些電阻設(shè)置為理想的RLC電阻元件進(jìn)行優(yōu)化仿真，并考慮到實(shí)際廠家可提供的電阻阻值，最終得到port2和port3之間的隔離度較好時的電阻值由R1到R4分別為100Ω，300Ω，510Ω，1000Ω，R5，R6，R7的阻值則和R1，R2，R3對應(yīng)。功分器的幾何尺寸如表1所示，實(shí)物如圖5所示，左邊為功分器正面圖，右邊為功分器背面圖。

3 仿真與實(shí)物測試結(jié)果

　　本文功分器采用的介質(zhì)為Rogers RT/duroid 5880，其介電常數(shù)為2.2，損耗正切角為0.0009，厚度為20mil。工作頻段為Ku波段。實(shí)物采用Rohde & Schwarz ZNC網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試。圖6給出了功分器S11和S31的仿真和測試結(jié)果。由仿真曲線可以看到，在13.5GHz到18GHz之間，輸入端反射系數(shù)S11均小于-15dB，在12GHz到19GHz處，傳輸系數(shù)S21在-3.5dB到-4.6dB之間。測試曲線S11在13.5GHz到18.5GHz之間均小于-13.4dB，S21在13GHz到18GHz之間的值處于-3.5dB到-4.8dB之間。圖7給出了輸出端口隔離S32和輸出端回波損耗S33的仿真及測試曲線。有仿真曲線可以看到S32在12.5GHz到18.5GHz之間在-15dB以下，S33在14GHz到18.5GHz之間在-12.5dB以下。由測試曲線可以看到S32在12.5GHz到18GHz之間小于-12.5GHz，S33在13.8GHz到18.7GHz之間小于-10dB。輸入輸出端口的回波損耗大于15dB部分占到了40%帶寬。由于實(shí)測時通過同軸端口與微帶-SIW過渡端口與功分器信號輸入輸出端相連，因此與仿真結(jié)果相比，實(shí)物測試結(jié)果中的各項(xiàng)指標(biāo)有小的偏差。

　　圖8給出了在沒有平面魔T結(jié)構(gòu)情況下對功分器的仿真得到的S11，S31，S32，S33仿真曲線，可以看到輸出端口的隔離度S32和輸出端回波損耗S33均退回到較差的水平，而由于碟形結(jié)構(gòu)的存在，S11在中心頻率處則表現(xiàn)出很強(qiáng)的選擇性。對比圖7可知，平面魔T結(jié)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出了其高隔離度的特性。

4 結(jié)論

　　本文采用蝶形濾波結(jié)構(gòu)及平面魔T結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了寬帶SIW功分器的設(shè)計(jì)。該功分器的輸入輸出端口均具有較低的回波損耗，同時輸出兩端口之間還具有良好的隔離度，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] S.Y. Chen, D.S. Zhang and Y.T. Yu, ‘Wideband SIW power divider with improved out-of-band rejection,’ELECTRONICS LETTERS,  2013, 49(15): 943-944

[2] K. Sarhadi M. Shahabadi, ‘Wideband substrate integrated waveguide power splitter with high isolation,’ ET Microw. Antennas Propag, 2010, 4(7): 817–821

　　[3]SOTOODEH Z, BIGLARBEGIAN B, KASHANI F.H, AMERI H,  ‘A novel bandpass waveguide filter structure on SIW technology,’ PIERL, 2008, 2: 141–148

　　[4] Cassivi Y, Perregrini L, Arcioni P,et al, ‘Dispersion Characteristics of Substrate Integrated rectangular Waveguide[J],’IEEE.Microwave Wireless Compon. lett, 2002,9(12): 333-335

　　[5]Tan, B.T, and Yu, J.J, ‘Investigation into broadband PBG using a butterfly-radial slot (BRS),’ IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig, Philadelphia, PA, USA, 2003, 2: 1107–1110

[6] YANG S, FATHY A.E, ‘Synthesis of an arbitrary power split ratio divider using substrate integrated waveguides,’ Proc. IEEE MTT-S Int. Microw. Symp, 2007: 427–430

　　[7]鄧?yán)?唐高第.基片集成波導(dǎo)仿真設(shè)計(jì).信息與電子工程.2008,6(2): 79-82