С.Г. Веснин1, С.И. Горбунов2, А.А. Блинников3, Д.А. Фролов4

1,3 «Центр развития микроволновой диагностики» (Москва, Россия)

2,4 Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия)

1 vesnin47@gmail.com, 2 colzon@yandex.ru, 3 andrey@alexeyevich.ru, 4 FrolovDanA@mpei.ru

Постановка проблемы. Традиционные микрополосковые полосно-пропускающие фильтры Ku-диапазона характеризуются высокими диссипативными потерями. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых печатных высокоизбирательных фильтров с низким уровнем потерь для данного диапазона частот.

Цель. Разработать высокоизбирательные печатные полосно-пропускающие фильтры с низкими диссипативными потерями в Ku-диапазоне частот.

Результаты. Разработаны топологии полосно-пропускающих SIW-фильтров Ku-диапазона (от третьего до шестого порядка) с поперечными щелями в верхней крышке волновода. Предложена эквивалентная схема резонатора и получена эмпирическая формула для расчета частотных характеристик ее элементов. Отмечено, что экспериментальные исследования изготовленного опытного образца трехзвенного фильтра подтвердили высокую точность моделирования: собственная добротность устройства составила около 380, а собственные диссипативные потери в полосе пропускания не превысили 0,6 дБ. Доказано превосходство разработанных структур по уровню диссипативных потерь и высокому уровню избирательности по сравнению с традиционными микрополосковыми аналогами.

Практическая значимость. Разработанные SIW-фильтры ориентированы на применение в составе перспективной приемо-передающей аппаратуры Ku-диапазона (системы спутниковой связи и телекоммуникаций). Использование отечественной подложки из оксида алюминия («ВК-100») обеспечивает устройствам высокую термическую стабильность, механическую прочность и минимальный уровень потерь в диэлектрике. Благодаря планарной конструкции фильтры могут быть интегрированы на единой подложке с другими компонентами СВЧ-тракта и изготовлены по стандартной групповой технологии печатных плат или тонкопленочного напыления. Это позволяет существенно снизить габаритные размеры и себестоимость производства по сравнению с классическими объемными волноводными фильтрами.

Веснин С.Г., Горбунов С.И., Блинников А.А., Фролов Д.А. Полосно-пропускающие SIW-фильтры с поперечными щелями для Ku-диапазона частот // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век . 2026. Т. 18. № 3. С. 31−44. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202603-03

1. Bozzi M., Georgiadis A., Wu K. Review of substrate-integrated waveguide circuits and antennas // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2011. V. 5. № 8. P. 909–920. DOI: 10.1049/iet-map.2010.0463.
2. Deslandes D., Wu K. Single-substrate integration technique of planar circuits and waveguide filters // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. V. 51. № 2. P. 593–596. DOI: 10.1109/TMTT.2002.807820.
3. Chen X.P., Wu K. Substrate integrated waveguide filter: Basic design rules and fundamental structure features // IEEE Microwave Magazine. 2014. V. 15. № 5. P. 108–116. DOI: 10.1109/MMM.2014.2321263.
4. Rhbanou A., Sabbane M., Bri S. Design of dual-mode substrate integrated waveguide band-pass filters // Circuits and Systems. 2015. V. 6. № 12. P. 257–267. DOI: 10.4236/cs.2015.612026.
5. Smajevic A. Substrate Integrated Waveguide (SIW) and Superconducting Filters. Master's thesis. University of Waterloo. 2022.
6. Huang L. Novel substrate integrated waveguide filters and circuits. PhD thesis. University of Leeds. 2013.
7. Moitra S., Bhattacharjee A.K., Mukhopadhyay A.K., Kundu J., Mondal B. Substrate integrated waveguide (SIW) filter using stepped-inductive posts for Ku-band applications // Third International Conference on Computational Intelligence and Information Technology (CIIT 2013). 2013. P. 398−401. DOI: 10.1049/cp.2013.2619.
8. Rhbanou A., Bri S. Design of Substrate Integrated Waveguide Pass Filter at [33–75] GHz Band // International Journal of Engineering and Technology. 2014. V. 6. № 6. P. 2815−2825.
9. He Y., Ma Z.H., Wang M., Huang J., Chen X. Design of a Dual-Mode SIW Bandpass Filter with Multi-Transmission Zeros // IEEE Access. 2025. V. 13. P. 65552−65565. DOI: 10.1109/ACCESS.2025.3556252.
10. Chen X.P., Wu K. Substrate integrated waveguide filters: Design techniques and structure innovations // IEEE Microwave Magazine. 2014. V. 15. № 6. P. 121−133. DOI: 10.1109/MMM.2014.2332886.
11. Namanathan P., Nagarajan G. Realization of dual-mode, high-selectivity SIW cavity bandpass filter by perturbing circular shape vias // Applied Physics A. 2022. V. 128. № 9. P. 773. DOI: 10.1007/s00339-022-05918-x.
12. Iqbal A., Tiang J.J., Wong S.K., Alibakhshikenari M., Falcone F., Limiti E. Miniaturization trends in substrate integrated waveguide (SIW) filters: A review // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 223287−223305. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3044088.
13. Liu H., Yang L., Cai B., Wu L., Cheng Y., Chen F., Luo H., Li X. Compact and miniaturized wideband bandpass filter based on substrate integrated waveguide and microstrip line // Journal of Applied Physics. 2024. V. 135. № 24. P. 244501. DOI: 10.1063/5.0216293.
14. Ding Y., Wu K. Miniaturized hybrid ring circuits using T-type folded substrate integrated waveguide (TFSIW) // 2009 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2009. P. 705−708. DOI: 10.1109/MWSYM.2009.5165794.
15. Chien H.Y., Shen T.M., Huang T.Y., Wang W.H., Wu R.B. Miniaturized bandpass filters with double-folded substrate integrated waveguide resonators in LTCC // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2009. V. 57. № 7. P. 1774−1782. DOI: 10.1109/TMTT.2009.2022591.
16. Huang X. Design of miniaturized SIW filter loaded with improved CSRR structures // Electronics. 2023. V. 12. № 18. P. 3789. DOI: 10.3390/electronics12183789.
17. Зелях Э.В., Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Брилон В.С. Миниатюрные устройства УВЧ и ОВЧ диапазонов на отрезках линий. М.: Радио и связь. 1989. 112 с.