带宽可独立控制的HMSIW双模双频带滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种带宽可独立控制的HMSIW双模双频带滤波器。本发明专利技术利用双层HMSIW腔交错折叠方式，通过垂直耦合方式构成双频带滤波器；利用HMSIW腔的TE101和TE201模同时工作，两个腔的TE101模构成第一通带，两个腔的TE201模构成第二个通带；中间层有6个耦合槽，改变耦合槽的大小可以控制两个通带的耦合强度；输入输出馈线分别加载在上层金属面和下层金属面。通过引入HMSIW双模工作和利用双层板叠加的方式迎合了现代多标准射频系统对于小型化的要求并解决了传统双频带滤波器尺寸大、设计复杂的问题。

HMSIW dual mode dual band filter with independent bandwidth control

The present invention relates to a HMSIW dual mode dual band filter with independent bandwidth control. The invention utilizes a double-layer HMSIW cavity staggered folding mode to construct a dual-band filter by a vertical coupling mode; uses TE101 and TE201 modes of the HMSIW cavity to work at the same time; two cavity TE101 modes form the first pass-band; two cavity TE201 modes form the second pass-band; the middle layer has six coupling slots, and the size of the coupling slot can be controlled by changing the size of the coupling slot. The coupling strength of the two passages; the input and output feeder are respectively loaded on the upper metal surface and the lower metal surface. By introducing the HMSIW dual-mode operation and using the double-layer board stacking method to meet the needs of modern multi-standard RF systems for miniaturization and solve the traditional dual-band filter size, complex design problems.

【技术实现步骤摘要】
带宽可独立控制的HMSIW双模双频带滤波器
本专利技术属于电子信息
，具体为一种双层板的半模基片集成波导(HMSIW)双模双频带滤波器，是一种带宽可独立控制、小型化的HMSIW双频带射频滤波器。
技术介绍
随着无线通信的快速发展，对双频带和多频带滤波器的需求越来越大，需要滤波器具有体积小，损耗低，频率选择性高，灵活性高的特点。新兴的基板集成波导(SIW)技术，由于低成本，低轮廓，相对高Q值，高功率处理能力和高密度集成的优点，代表了现代无线通信系统非常有希望的候选者，为微波和毫米波应用提供了有吸引力的平台。在过去几年中，已经基于SIW结构进行了多种技术的研究和开发，以实现双频带或多频带BPF。(1)一种实现方法是在一个滤波器电路中单独合成两个单频带BPF，然后与专门设计的匹配网络并联，形成一个双频带滤波器，导致电路尺寸较大。(2)另一种方法是通过在SIW表面上加载不同类型的互补分裂环谐振器(CSRR)分别产生在SIW截止频率之下传播的多个通带。然而，由于缺乏设计自由度，这种多频带BPF通常难以实现更高阶的响应。并且由于表面的槽结构导致滤波器的辐射损耗增加，降低了滤波器的性能。(3)此外，带阻谐振器通过一个反相器与带通谐振器耦合，以实现双带或多带滤波响应。然而，这种技术仅适用于具有彼此相邻的通带的那些BPF，并且滤波器的尺寸比较大。减小双频带SIW滤波器尺寸的有效设计技术是充分利用谐振腔中的基模和高阶模式。两个相邻SIW腔通过开窗磁耦合可以实现双模双频带滤波器，但是两个通带带宽不能独立控制。为了进一步的减小SIW双频带滤波器的尺寸，大家趋向于设计HMSIW双频带滤波器，或是采用多层板的方法，但是如何控制HMSIW双频带滤波器的通带带宽独立控制依然是个问题。目前基于HMSIW双模双频带滤波器是比较少的，具有两个带宽可独立控制的小型化的双频带SIW滤波器更是及其少的。为了满足现代多标准无线通信的发展，研究具有带宽可独立控制，小型化的SIW双频带滤波器具有迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种双层折叠的带宽可独立控制的半模基片集成波导(HMSIW)结构的双模双频带滤波器。本专利技术利用半模基片集成波导中的TE101和TE201模式同时工作，通过垂直混合电磁耦合方式形成两个通带，可以独立的控制两个通带的带宽，采用折叠双层HMSIW结构大大减小了双频带滤波器的尺寸，符合现代无线通信系统对于小型化、多频带的要求。本专利技术滤波器主要包括两个HMSIW谐振腔，输入输出馈线，以及六个耦合槽。所述的滤波器主要由上下叠加的两层介质板构成，上层介质板的上表面铺设有第一金属层及输入馈线，下层介质板的下表面铺设有第二金属层及输出馈线，上下介质板间设有中间金属层；所述的下层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第二金属柱，这些金属柱围合成“匚”结构；上层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第一金属柱，这些金属柱围合的结构为第二金属柱围合结构水平翻转后的结构，大小尺寸相同；且呈“匚”结构水平翻转后的若干第一金属柱两臂与呈“匚”结构的若干第二金属柱两臂位置重合，即重合部分的第一金属柱、第二金属柱上下设置；上述第一、二金属柱同时分别贯穿第一、二金属层；上层介质板、第一金属层、若干第一金属柱、中间金属层构成了第一个HMSIW谐振腔；下层介质板、第二金属层、若干第二金属柱、中间金属层构成了第二个HMSIW谐振腔。所述的中间金属层设有两列耦合槽，每列设有三个耦合槽；左侧第一列耦合槽从上至下命名为第一至三耦合槽，右侧第一列耦合槽从上至下命名为第四至六耦合槽；位于队列中间位置的第二、第五耦合槽分别设置在第一、二HMSIW谐振腔的TE101模式电场最强的位置；第一、三耦合槽设置在第一HMSIW谐振腔的TE201模式电场最强的位置，第四、六耦合槽设置在第二HMSIW谐振腔的TE201模式电场最强的位置；所述的耦合槽形状不做限定，可以是半圆形、圆形等等。所述的输入馈线、输出馈线分别位于第一、二HMSIW谐振腔的虚拟磁壁侧。所述的输入馈线与第一HMSIW谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离ti，影响输入端的外部耦合系数；输出馈线与第二HMSIW谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离to，影响输出端的外部耦合系数；第一、二HMSIW谐振腔的大小决定TE101、TE201模式的谐振频率；第一、二金属柱的直径d满足条件:d＜0.2λ，其中λ是谐振模式波长，相邻金属柱间的距离P需满足条件P<2*d，以防止谐振腔电磁能量泄露；第二、五耦合槽的尺寸面积主要影响TE101模式的耦合强度，第一、三、四、六耦合槽的尺寸面积主要影响TE201模式的耦合强度；进一步地，双频带滤波器采用双层PCB板叠加工艺或LTCC工艺。当HMSIW谐振腔的TE101和TE201模式同时工作，两个HMSIW谐振腔的TE101模式构成第一个通带，两个HMSIW腔的TE201模式构成第二个通带。工作过程：所述的滤波器存在两个HMSIW谐振腔，每个谐振腔的TE101和TE201模式同时工作，两个谐振腔以上下叠加的方式，通过垂直混合电磁耦合形成双频带滤波器，两个谐振腔的TE101模式构成第一通带，两个谐振腔的TE201模式构成第二通带，垂直耦合是通过中间金属层的耦合槽实现，改变耦合槽的大小可以改变混合电磁耦合强度，中间金属层的第二、五耦合槽主要控制第一个通带的耦合强度，中间金属层的第一、三、四、六耦合槽主要控制第二个通带的耦合强度，通带带宽可独立控制。本专利技术的有益效果如下：本专利技术创新性的将HMSIW交错折叠，利用HMSIW的双模式同时工作，通过中间金属层的不同位置开耦合槽形成双频带滤波器，所述的双频带滤波器的两个通带带宽可独立控制，设计的滤波器的尺寸大大减小，并且制造工艺要求低。附图说明图1为本专利技术的结构示意图，包括三层金属层的结构图，其中图(a)是顶层(上介质板的上表面)，图(b)是中间层(上介质板与下介质板的中间层)，图(c)是底层(下介质板的下表面)；图2为本专利技术结构的侧视图；图3为本专利技术滤波器的S参数仿真曲线；其中1为第一金属柱，2为输入馈线，3为第一金属层，ti为输入馈线与第一HMSIW谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离，4-9分别为第一至六耦合槽，10为中间金属层，11为第二金属层，12为输出馈线，13为上介质板，14为下介质板，15为第二金属柱，to为输出馈线与第二HMSIW谐振腔的虚拟磁壁中间位置的距离，d是金属柱的直径，P是相邻金属柱之间的距离，h是介质板的厚度，a、b是HMSIW谐振腔的长、宽。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明如图1、2所示，该专利技术HMSIW双频带滤波器由两层PCB板叠加而成，下层介质板14设有贯穿介质板的若干周期性分布第二金属柱15，这些金属柱围合成“匚”结构；上层介质板13设有贯穿介质板的若干周期性分布第一金属柱1，这些金属柱围合的结构为第二金属柱围合结构水平翻转后的结构，大小尺寸相同；且呈“匚”结构水平翻转后的若干第一金属柱1两臂与呈“匚”结构的若干第二金属柱15两臂位置重合，第一金属柱1、第二金属柱15同时分别贯穿第一金属层3和第二金属层11。上层介质板13、第一金属层3、若干第一金属柱1、中间金属层10构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.带宽可独立控制的HMSIW双模双频带滤波器，其特征在于由上下叠加的两层介质板构成，上层介质板的上表面铺设有第一金属层及输入馈线，下层介质板的下表面铺设有第二金属层及输出馈线，上下介质板间设有中间金属层；所述的下层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第二金属柱，这些金属柱围合成“匚”结构；上层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第一金属柱，这些金属柱围合的结构为第二金属柱围合结构水平翻转后的结构，大小尺寸相同；且呈“匚”结构水平翻转后的若干第一金属柱两臂与呈“匚”结构的若干第二金属柱两臂位置重合，即重合部分的第一金属柱、第二金属柱上下设置；上述第一、二金属柱同时分别贯穿第一、二金属层；上层介质板、第一金属层、若干第一金属柱、中间金属层构成了第一个HMSIW谐振腔；下层介质板、第二金属层、若干第二金属柱、中间金属层构成了第二个HMSIW谐振腔；所述的中间金属层设有两列耦合槽，每列设有三个耦合槽；左侧第一列耦合槽从上至下命名为第一至三耦合槽，右侧第一列耦合槽从上至下命名为第四至六耦合槽；位于队列中间位置的第二、第五耦合槽分别设置在第一、二HMSIW谐振腔的TE101模式电场最强的位置；第一、三耦合槽设置在第一HMSIW谐振腔的TE201模式电场最强的位置，第四、六耦合槽设置在第二HMSIW谐振腔的TE201模式电场最强的位置；所述的输入馈线、输出馈线分别位于第一、二HMSIW谐振腔的虚拟磁壁侧。...

【技术特征摘要】
1.带宽可独立控制的HMSIW双模双频带滤波器，其特征在于由上下叠加的两层介质板构成，上层介质板的上表面铺设有第一金属层及输入馈线，下层介质板的下表面铺设有第二金属层及输出馈线，上下介质板间设有中间金属层；所述的下层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第二金属柱，这些金属柱围合成“匚”结构；上层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第一金属柱，这些金属柱围合的结构为第二金属柱围合结构水平翻转后的结构，大小尺寸相同；且呈“匚”结构水平翻转后的若干第一金属柱两臂与呈“匚”结构的若干第二金属柱两臂位置重合，即重合部分的第一金属柱、第二金属柱上下设置；上述第一、二金属柱同时分别贯穿第一、二金属层；上层介质板、第一金属层、若干第一金属柱、中间金属层构成了第一个HMSIW谐振腔；下层介质板、第二金属层、若干第二金属柱、中间金属层构成了第二个HMSIW谐振腔；所述的中间金属层设有两列耦合槽，每列设有三个耦合槽；左侧第一列耦合槽从上至下命名为第一至三耦合槽，右侧第一列耦合槽从上至下命名为第四至六耦合槽；位于队列中间位置的第二、第五耦合槽分别设置在第一、二HMSIW谐振腔的TE101模式电场最强的位置；第一、三耦合槽设置在第一HMSIW谐振腔的TE201模式电场最强的位置，第四、六耦合槽设置在第二HMSIW谐振腔的TE201模式电场最强的位置；所述的输入馈线、输出馈线分别位于第一、二HMSIW谐振腔的虚拟磁壁侧。2.如权利要求1所述的带宽可独立控制的HMSIW双模双频带滤波器，其特征在于所述的输入馈线与第一HMSIW谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离ti，影响输入端的外部耦合系数；输出馈线与第二HMSIW谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离to，影响输...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭君，游彬，杨增，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33