基于槽加载SIW腔体的紧凑型双频带通滤波器设计及其宽阻带特性研究

本文报道了一种基于槽加载基片集成波导(SIW)腔体的新型双频带通滤波器(BPF)，通过引入纵向和横向矩形槽结构形成短路贴片谐振器，并结合λ/4微带谐振器实现了1:1.04的紧密频带间隔和2.86f0的宽阻带特性。该设计在0.23λg2的紧凑尺寸下，兼具低插入损耗(IL 0.89-1.3dB)和良好带外抑制性能，为航空通信、舰载雷达等多频段射频系统提供了创新解决方案。

　　

创新性滤波器设计原理
研究团队开发了一种基于槽加载基片集成波导(SIW)腔体的新型双频带通滤波器结构。该设计在F4B介质基板(ε_r=2.2，tanδ=0.001)上，通过精妙的槽结构布局实现了多重创新：纵向中心对称槽与上下边缘横向槽的组合，在SIW腔内形成两个gap-coupled短路贴片谐振器。特别值得注意的是，通过嵌入两个λ/4微带谐振器(cw=1.5mm，cl=19mm)，成功将原始单通带分裂为2.71GHz和2.83GHz的双通带，频率比达到业界领先的1:1.04。

谐振机理与模式控制
短路贴片谐振器展现出独特的模式选择特性：仅允许TM₁₀、TM₁₂等满足E_z(x=L/2)=0边界条件的奇次模存在，而TM₀₁、TM₂₀等偶次模被有效抑制。这种模式截断机制通过修正的Helmholtz方程得到验证，如公式f_TMmn=c/(2√ε_r)·√((m/L)²+(n/W)²)所示，仅当m为奇数时才能满足边界条件。本振模拟清晰展示了TM₁₀(2.8GHz)工作模式与TM₁₂(8.75GHz)杂散模式的场分布差异。

性能优化与参数调控
通过耦合矩阵分析(M₁₂=0.0322)和外部品质因数(Q_e)调控，实现了7.2%的分数带宽(FBW)。关键参数研究表明：耦合间隙g从0.4mm增至0.6mm时带宽缩减22%，而贴片宽度wp增加至12mm可使中心频率下移8%。最终优化的单频滤波器在2.8GHz处获得0.83dB插入损耗，-20dB阻带延伸至2.9f₀。

双频转换与实测验证
创新的双频转换机制通过耦合拓扑重构实现：λ/4谐振器作为带阻单元插入原通带中心，形成"单通带→双通带"的频谱分裂效应。实测数据显示，加工原型(wp=17.4mm，lp=23.5mm)的双通带3-dB FBW分别为4.1%和5.54%，插入损耗优于1.3dB，-20dB阻带范围达2.86f₀(8.1GHz)，验证了设计的有效性。场分布图清晰展示了2.71GHz和2.83GHz双频工作时不同的能量集中特性。

技术优势与应用前景
相比现有技术，该设计在三个维度实现突破：电路尺寸(0.23λ_g²)较传统方案缩小40%，频率比(1:1.04)优于文献报道的1:1.1典型值，阻带范围(2.86f₀)扩展35%。这些特性使其特别适用于机载通信、舰载雷达等需要紧密频带间隔和强带外抑制的场景，为第五代移动通信(5G)和多频段射频系统的集成化设计提供了新思路。