一种基于单双模混合的基片集成波导滤波器
阅读说明：本技术 一种基于单双模混合的基片集成波导滤波器 (Substrate integrated waveguide filter based on single-mode and double-mode mixing ) 是由 房少军 冯玉霖 徐之遐 刘宏梅 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于单双模混合的基片集成波导滤波器,包括三层介质基板、介质基板的上金属层、介质基片的下层金属层堆积而成,在每层介质基片上设置多个圆柱形的金属化通孔,通孔排列分布为矩形构成谐振腔。设置在第一金属层和第二金属层的两个相同的L型槽线馈电网络作为滤波器的输入和输出,通过第二金属层和第三金属层的矩形槽线将第一双模腔的能量向第一单模腔和第二单模腔内进行耦合。相对于传统的基于单模、多腔的基片集成波导滤波器,本发明的基于单双模混合的基片集成波导滤波器通过单模和双模混合技术实现了通带内四个极点和带外三个传输零点,叠层结构具有更小的尺寸,适用频段广。(The invention discloses a substrate integrated waveguide filter based on single-mode and double-mode mixing, which comprises three layers of medium substrates, an upper metal layer of each medium substrate and a lower metal layer of each medium substrate, wherein each layer of medium substrate is provided with a plurality of cylindrical metalized through holes, and the through holes are arranged and distributed in a rectangular mode to form a resonant cavity. Two same L-shaped slot line feed networks arranged on the first metal layer and the second metal layer are used as the input and the output of the filter, and the energy of the first double-die cavity is coupled into the first single-die cavity and the second single-die cavity through rectangular slot lines of the second metal layer and the third metal layer. Compared with the traditional substrate integrated waveguide filter based on single mode and multiple cavities, the substrate integrated waveguide filter based on single-mode and double-mode mixing realizes four poles in a pass band and three transmission zeros outside the band through single mode and double mode mixing technologies, and the laminated structure has smaller size and wide applicable frequency range.)
技术领域
本发明涉及微波
技术领域
，尤其涉及一种基于单双模混合的基片集成波导滤波器。背景技术
自从基片集成波导这一概念被提出之后，受到了国内外各大学者和工程师的关注，其有介质填充的矩形波导相似的优点：低插入损耗，易加工，易集成化等。
国内外现有的基于基片双模式的集成波导滤波器结构，通过在介质基板上腐蚀的槽线和金属化扰动通孔扰动模式构造两极点带通滤波器或者通过两个双模腔进行级联构造的四极点带通滤波器，带宽较窄，传输零点较少，损耗较高。
发明内容
基于此，为解决现有技术所存在的不足，特提出了叠层结构的，具有三个传输零点的基于单双模混合的基片集成波导滤波器。
一种基于单双模混合的基片集成波导滤波器，包括依次层叠设置的第一金属层、第一介质板、第二金属层、第二介质板、第三金属层、第三介质板、第四金属层组成；
所述第一金属层包括第一馈电网络接头、刻蚀于所述第一金属层上的两组第一槽线和两组第二槽线，所述两组第一槽线关于所述第一金属层的中心线对称，所述两组第二槽线关于所述第一金属层的中心线对称；所述第一槽线平行于所述第一金属层的中心线，且其一端与所述第一金属层边缘连通，另一端与所述第二槽线连通；所述第二槽线垂直于所述第一槽线，且其另一端背离所述第一金属层的中心线方向；两组所述第一槽线中间形成第一馈电网络；第一馈电网络接头固定设置于所述第一馈电网络端部，其宽度与所述第一馈电网络相同；
所述第一金属层沿其边缘设置多个均匀分布的第一通孔，所述第一介质板上设置与所述第一通孔对应的多个第一金属化通孔，多个所述第一金属化通孔形成第一单模式谐振腔；
所述第二金属层上在所述第二介质板对角线位置上设置有第一矩形槽线；所述第三金属层上在所述第二介质板另一条对角线位置上设置有第二矩形槽线；
所述第二介质板上沿所述第二介质板边缘均匀设置多个第二金属化通孔，多个所述第二金属化通孔形成第一双模式谐振腔；所述第二金属层和所述第三金属层上分别设置与所述第二金属化通孔对应的第二通孔和第三通孔；
所述第四金属层与所述第一金属层结构相同，所述第四金属层包括第二馈电网络接头、刻蚀于所述第四金属层上的两组第三槽线和两组第四槽线，所述两组第三槽线关于所述第一金属层的中心线对称，所述两组第四槽线关于所述第一金属层的中心线对称；所述第三槽线平行于所述第四金属层的中心线，且其一端与所述第四金属层边缘连通，另一端与所述第四槽线连通；所述第四槽线垂直于所述第三槽线，且其另一端背离所述第四金属层的中心线方向；两组所述第三槽线中间形成第二馈电网络；第二馈电网络接头固定设置于所述第二馈电网络端部，其宽度与所述第二馈电网络相同；
所述第四金属层沿其边缘设置多个均匀分布的第四通孔，所述第三介质板上设置与所述第四通孔对应的多个第三金属化通孔，多个所述第三金属化通孔形成第二单模式谐振腔。
进一步的，所述第一矩形槽线相对于所述第二介质板的中心具有距离d，且所述第一矩形槽线的中心线与所述第二介质板的对角线形成夹角θ；
所述第二矩形槽线相对于所述第二介质板的中心具有距离d，且所述第二矩形槽线的中心线与所述第二介质板的对角线形成夹角θ。
进一步的，所述第一金属层的中心点相对第一矩形槽线的中心偏移一定距离；所述第四金属层的中心点相对第二矩形槽线的中心偏移一定距离。
进一步的，所述第一金属层和第四金属层相对于所述第二介质板的轴线对称。
进一步的，所述第一介质板、第二金属层、第二介质板、第三金属层和第三介质板形状相同。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)通过第一金属层和第四金属层上刻蚀的第一槽线和第二槽线形成滤波器的馈电网络，通过改变其探入腔内的尺寸实现所需的灵活的带宽要求。
(2)通过第二金属层和第三金属层的第一矩形槽线和所述第二矩形槽线的尺寸满足所需要的耦合系数和传输零点的位置，提高了截止裙带效果。
(3)通过在介质基板使用多个金属化通孔围成的为三个谐振腔腔体，通过改变谐振腔的尺寸满足通带所需要的中心频率，叠层结构的设计，减小了滤波器的物理尺寸，从而实现这种基于单双模混合的基片集成波导滤波器，具有低损耗，低辐射，较宽的阻带，高功率容量高集成度特点，十分适合用于高集成度，低损耗的通信前端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于单双模混合的基片集成波导滤波器的结构示意图；
图2所示的是基于单双模混合的基片集成波导滤波器的侧视图；
图3是本发明基于单双模混合的基片集成波导滤波器的第一层金属层的俯视图；
图4是本发明基于单双模混合的基片集成波导滤波器第二金属层的俯视图；
图5是本发明基于单双模混合的基片集成波导滤波器的拓扑结构图。
图6是本发明
具体实施方式
中滤波器的频率响应曲线图；
图7是本发明具体实施方式中滤波器的爆炸图。
其中：10、第一金属层；11、第一槽线；12、第二槽线；17、第一馈电网络；18、第一馈电网络接头；19、第一通孔；20、第一介质板；21、第一金属化通孔；30、第二金属层；31、第一矩形槽线；32、第二通孔；40、第二介质板；41、第二金属化通孔；50、第三金属层；51、第二矩形槽线；52、第三通孔；60、第三介质板；61第三金属化通孔；70、第四金属层；71、第三槽线；72、第四槽线；77、第二馈电网络；78、第二馈电网络接头；79、第四通孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
一种基于单双模混合的基片集成波导滤波器，如附图1-4所示，包括依次层叠设置的第一金属层10、第一介质板20、第二金属层30、第二介质板40、第三金属层50、第三介质板60、第四金属层70组成；所述第一介质板20、第二金属层30、第二介质板40、第三金属层50和第三介质板60形状相同。
所述第一金属层10沿其边缘设置多个均匀分布的第一通孔19，所述第一介质板20上设置与所述第一通孔19对应的多个第一金属化通孔21，多个所述第一金属化通孔21形成第一单模式谐振腔；
所述第一金属层10包括馈电网络接头18和刻蚀于所述第一金属层10上的关于所述第一金属层10的中心线对称的两组第一槽线11和两组第二槽线12，所述第一槽线11平行于所述第一金属层10的中心线，且其一端与所述第一金属层10边缘连通，另一端与所述第二槽线12连通；所述第二槽线12垂直于所述第一槽线11，且其另一端背离所述第一金属层10的中心线方向；两组所述第一槽线11中间形成馈电网络17；馈电网络接头18固定设置于所述馈电网络17端部，其宽度与所述馈电网络17相同；
所述第二金属层30上在所述第二介质板40对角线位置上设置有第一矩形槽线31；所述第三金属层50上在所述第二介质板40另一条对角线位置上设置有第二矩形槽线51；
所述第二介质板40上沿所述第二介质板40边缘均匀设置多个第二金属化通孔41，多个所述第二金属化通孔41形成第一双模式谐振腔；所述第二金属层30和所述第三金属层50上分别设置与所述第二金属化通孔41对应的第二通孔32和第三通孔52；
所述第一矩形槽线(31)相对于所述第二介质板(40)的中心具有距离d，且所述第一矩形槽线(31)的中心线与所述第二介质板(40)的对角线形成夹角θ；
所述第二矩形槽线(51)与所述第二介质板(40)的中心具有距离d，且所述第二矩形槽线(51)的中心线与所述第二介质板(40)的对角线形成夹角θ。
所述第二金属层30上在所述第二介质板40对角线上设置有第一矩形槽线31；所述第三金属层50上在所述第二介质板40另一条对角线上设置有第二矩形槽线51；所述第一矩形槽线31相对于所述第二介质板40的中心具有距离d，且所述第一矩形槽线31的中心线与所述第二介质板40的对角线形成角度θ，且θ≠0；所述第二矩形槽线51与所述第二介质板40的中心具有距离d，且所述第二矩形槽线51的中心线与所述第二介质板40的对角线形成角度θ，且θ≠0。本发明的一个实施例中，所述第一矩形槽线31相对于所述第二介质板40的对角线具有角度是90度，即所述第一矩形槽线31与所述第二介质板40的对角线垂直，所述第二矩形槽线51相对于所述第二介质板40的对角线具有角度是90度。同时通过改变第一矩形槽线31和第二矩形槽线51的位置控制M12/M13和M24/M34的耦合系数的比值，如附图5所示，其中1和4代表TE101模式，2和3代表TE102和TE201模式，通过如附图1所示的基片集成波导滤波器，实现了所述的拓扑结构。
所述第四金属层70与所述第一金属层10结构相同，所述第四金属层70包括第二馈电网络接头78和刻蚀于所述第四金属层70上的关于所述第四金属层70的中心线对称的两组第三槽线71和两组第四槽线72，所述第三槽线71平行于所述第四金属层70的中心线，且其一端与所述第四金属层70边缘连通，另一端与所述第四槽线72连通；所述第四槽线72垂直于所述第三槽线71，且其另一端背离所述第四金属层70的中心线方向；两组所述第三槽线71中间形成第二馈电网络77；第二馈电网络接头78固定设置于所述第二馈电网络77端部，其宽度与所述第二馈电网络77相同；
所述第四金属层70沿其边缘设置多个均匀分布的第四通孔79，所述第三介质板60上设置与所述第四通孔79对应的多个第三金属化通孔61，多个所述第三金属化通孔61形成第二单模式谐振腔。
所述第一金属层10的中心点相对第一矩形槽线31的中心偏移一定距离；所述第四金属层70的中心点相对第二矩形槽线51的中心偏移一定距离。且所述第一金属层10和第四金属层70相对于所述第二介质板40的轴线对称。
具体的，所述第一单模式谐振腔的尺寸和第二单模式谐振腔的尺寸是用来调节TE101模式的谐振频率，达到控制通带内中心的两个谐振频率；所述第一双模式谐振腔的尺寸是用来调节TE102和TE201模式的谐振频率，且所述第一双模式谐振腔的TE102和TE201模式谐振频率位于通带内最低和最高的谐振点处。所述位于第一金属层10和第四金属层70的第一槽线11和第二槽线12的尺寸和所述被刻蚀在第二金属层和第三金属层的第一矩形槽线31和所述第二矩形槽线51的尺寸决定了基于单双模混合的基片集成波导滤波器的第一个和第四个极点从而控制通带宽度；所示被刻蚀在第二金属层和第三金属层的第一矩形槽线31和所述第二矩形槽线51的位置决定基于单双模混合的基片集成波导滤波器的零点位置。如附图6所示，该滤波器的中心频率10GHz，3dB分数带宽为13.01％，通带内的最大插入损耗为0.93，回波损耗优于20dB，传输零点频率分别位于6.74GHz、8.50GHz、10.97GHz。
具体的，在本实施例中，所述第一介质板20、第二介质板40、和第三介质板60的相对介电常数为2.65，厚度为1mm；从第一金属层10的馈电网络接头18和馈电网络17激励第一介质板20中的第一单模式谐振腔，通过第二金属层的第一矩形槽线31耦合能量激励第二介质板40中的第一双模式谐振腔，通过第三金属层的第二矩形槽线51耦合能量激励第三介质板60中的第二单模式谐振腔，通过第四金属层70的馈电网络17和馈电网络接头18输出。
本发明的另一个实施例中，所述第一矩形槽线31相对于所述第二介质板40的对角线具有角度是一个任意不等于0的角度，所述第二矩形槽线51相对于所述第二介质板40的对角线具有的角度与所述第一矩形槽线31相对于所述第二介质板40的对角线具有的角度相同，如附图7所示。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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