一种高共模抑制的平衡滤波交叉结制造技术

本发明专利技术公开了一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，适用于较高的厘米波和毫米波频段。SIW平衡滤波交叉结的主体部分是位于中间层的五个SIW谐振腔，还有四对差分端口，分别为：第一、第二、第三和第四差分端口。本发明专利技术利用成对的微带‑槽线转换结构对SIW谐振腔进行差分馈电，槽线和耦合窗口均位于SIW谐振腔的中心位置处。在差模激励下，第一差分端口和第二差分端口、第三差分端口和第四差分端口之间可分别传输具有三阶带通频率响应特性的差分信号，且相互之间具有高隔离。同时，由于SIW本身固有的差分传输特性，共模信号（噪声）被全反射，实现了良好的共模抑制性能。本发明专利技术所述SIW差分滤波交叉结具有结构紧凑、高隔离度以及高共模抑制等特点。

A balanced filter cross junction with high common mode rejection

【技术实现步骤摘要】
一种高共模抑制的平衡滤波交叉结
本专利技术涉及平衡滤波器
，特别是一种高共模抑制的平衡滤波交叉结。
技术介绍
在现代无线通信系统中，平衡器件受到了越来越多的关注，因为平衡器件可以有效抑制环境噪声和系统内部的噪声。交叉结是单片微波集成电路中经常使用的组件，它允许两个信号相互交叉而不会相互干扰。而滤波器是通信系统设备必不可少的器件。随着无线通信技术的不断发展，系统的集成度越来越高，小型化成为了必然的趋势。而将滤波器和交叉结进行协同设计，则可以有效的减少器件的体积，从而提高系统的集成度。目前已有学者基于微带线设计出若干种平衡交叉结。然而，由于微带传输线在高频处损耗较大，这些平衡交叉结难以应用于较高的微波频段，同时无法在很宽的频带内实现高共模抑制(噪声抑制)。基片集成波导(SIW)与传统金属波导结构相类似，传播特性基本一致，所以基片集成波导具有Q值高，传输能力强等特点。同时，基片集成波导的结构还类似于微带结构，体积小，重量轻，成本低，易于加工及集成度高等诸多特点。因而基片集成波导在高集成度的微波系统中有着广泛的应用。若能将SIW传输线运用到平衡交叉结的设计中，则可以设计出适用于高频段且结构紧凑的平衡交叉结。然而，SIW的传输特性和结构形式与微带线存在很大的差异，所以已有的设计方法无法运用到SIW平衡交叉结中。据已查文献，目前还没有利用SIW传输线设计平衡交叉结的工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，该高共模抑制的平衡滤波交叉结基于单层基片集成波导(SIW)和多层微带转换，结构紧凑，具有高隔离度以及高共模抑制性能，能适用于较高的厘米波和毫米波频段。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，包括从上至下依次同轴设置的介质基板一、金属面一、介质基板二、金属面二和介质基板三。介质基板二上设置有五个正方形的SIW谐振腔，其中一个SIW谐振腔位于介质基板二的正中心，为SIW腔三。另外四个SIW谐振腔尺寸相同且环绕设置在SIW腔三的四周，SIW腔三的四个边壁上分别通过耦合窗口实现与相邻SIW谐振腔之间的能量耦合。介质基板一和介质基板三上均设置有四条馈电微带线，金属面一和金属面二上均设置有四条矩形缝隙，矩形缝隙实现馈电微带线与SIW谐振腔之间的耦合。耦合窗口位于SIW腔三中对边侧边的中心位置。五个SIW谐振腔形成一个三阶平衡带通滤波器，利用SIW谐振腔内的一对正交的简并模式TE102和TE201模，实现差分信号激励时，TE102和TE201模的正常激励，互不干扰。而共模信号则被抑制，无法在SIW谐振腔内传输。环绕SIW腔三的四个SIW谐振腔分别为SIW腔一、SIW腔二、SIW腔四和SIW腔五。介质基板一和介质基板三上的四条馈电微带线形成四对差分端口，分别第一差分端口、第二差分端口、第三差分端口和第四差分端口。当第一差分端口和第二差分端口被差分信号激励时，同轴设置的SIW腔一、SIW腔二和SIW腔三将只能激励起TE201模。当第三差分端口和第四差分端口被差分信号激励时，同轴设置的SIW腔三、SIW腔四和SIW腔五将只能激励起TE102模。环绕SIW腔三的四个SIW谐振腔的尺寸均小于SIW腔三的尺寸。每条馈电微带线的外端均延伸至介质基板一或介质基板三的外边壁并与对应的平衡端口相连接，内端为开路。每条矩形缝隙均与对应的馈电微带线相垂直且关于对应的馈电微带线相对称。每条馈电微带线的开路内端均伸出对应的矩形缝隙。通过调整馈电微带线开路内端与矩形缝隙之间的距离，进而调整馈电微带线与矩形缝隙之间的耦合能量。通过调整五个SIW谐振腔的侧边尺寸，进而调整平衡滤波交叉结的工作频率。通过调整耦合窗口的长度尺寸，进而调整平衡滤波交叉结的工作带宽。通过调整矩形缝隙的长和宽，进而调整平衡滤波交叉结的外部品质因数。本专利技术具有如下有益效果：1、适用于较高的厘米波和毫米波频段。由于本专利技术采用高品质因数的SIW传输线作为主体结构，故可以运用于较高的频段，优选频段为10-40GHz。2、能实现两路差分信号的交叉传输，具有高隔离度，并且对差分信号产生一个三阶带通响应的滤波效果。从而，能同时实现交叉结和滤波器的功能，大大增加了集成度。3、能在很宽(0-60GHz)的频带内实现对共模噪声的良好的抑制效果，显著提高了通信系统中的信噪比，改善了通信质量。在共模信号激励下，SIW谐振腔的中心对称面可以被等效为PMC面，而SIW谐振腔的上下地面可以被看成是PEC面。根据PEC-PMC的边界条件，此时共模信号无法在SIW内传输，从而获得高共模抑制效果。附图说明图1显示了本专利技术所采用介质基板的结构示意图。图2显示了本专利技术一种高共模抑制的平衡滤波交叉结的三维结构示意图。图3显示了本专利技术一种高共模抑制的平衡滤波交叉结的俯视图。图4a示了本专利技术一种高共模抑制的平衡滤波交叉结在差模激励下的电场分布。图4b示了本专利技术一种高共模抑制的平衡滤波交叉结在共模激励下的电场分布。图5显示了本专利技术一种高共模抑制的平衡滤波交叉结的散射参数仿真和测试结果。其中有：10.介质基板一；11.馈电微带线；S1.介质基片；S2.上金属层；S3.下金属层；port1.上第一平衡端口；port2.上第二平衡端口；port3.上第三平衡端口；port4.上第四平衡端口；20.金属面一；21.矩形缝隙；30.介质基板二；31.SIW腔一；32.SIW腔二；33.SIW腔三；331.耦合窗口；34.SIW腔四；35.SIW腔五；36.金属通孔；40.金属面二；50.介质基板三；port1’.下第一平衡端口；port2’.下第二平衡端口；port3’.下第三平衡端口；port4’.下第四平衡端口。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，以工作在中心频率为10GHz的X波段系统为例进行说明。如图2和图3所示，一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，包括从上至下依次同轴设置的介质基板一10、金属面一20、介质基板二30、金属面二40和介质基板三50。上述介质基板一10、介质基板二30和介质基板三50均采用如图1所示的印刷电路板，该印刷电路板优先采用相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm的RT/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，其特征在于：包括从上至下依次同轴设置的介质基板一、金属面一、介质基板二、金属面二和介质基板三；/n介质基板二上设置有五个正方形的SIW谐振腔，其中一个SIW谐振腔位于介质基板二的正中心，为SIW腔三；另外四个SIW谐振腔尺寸相同且环绕设置在SIW腔三的四周，SIW腔三的四个边壁上分别通过耦合窗口实现与相邻SIW谐振腔之间的能量耦合；/n介质基板一和介质基板三上均设置有四条馈电微带线，金属面一和金属面二上均设置有四条矩形缝隙，矩形缝隙实现馈电微带线与SIW谐振腔之间的耦合。/n

【技术特征摘要】
1.一种高共模抑制的平衡滤波交叉结，其特征在于：包括从上至下依次同轴设置的介质基板一、金属面一、介质基板二、金属面二和介质基板三；
介质基板二上设置有五个正方形的SIW谐振腔，其中一个SIW谐振腔位于介质基板二的正中心，为SIW腔三；另外四个SIW谐振腔尺寸相同且环绕设置在SIW腔三的四周，SIW腔三的四个边壁上分别通过耦合窗口实现与相邻SIW谐振腔之间的能量耦合；
介质基板一和介质基板三上均设置有四条馈电微带线，金属面一和金属面二上均设置有四条矩形缝隙，矩形缝隙实现馈电微带线与SIW谐振腔之间的耦合。


2.根据权利要求1所述的高共模抑制的平衡滤波交叉结，其特征在于：耦合窗口位于SIW腔三中对边侧边的中心位置。


3.根据权利要求1或2所述的高共模抑制的平衡滤波交叉结，其特征在于：五个SIW谐振腔形成一个三阶平衡带通滤波器，利用SIW谐振腔内的一对正交的简并模式TE102和TE201模，实现差分信号激励时，TE102和TE201模的正常激励，互不干扰；而共模信号则被抑制，无法在SIW谐振腔内传输。


4.根据权利要求3所述的高共模抑制的平衡滤波交叉结，其特征在于：环绕SIW腔三的四个SIW谐振腔分别为SIW腔一、SIW腔二、SIW腔四和SIW腔五；介质基板一和介质基板三上的四条馈电微带线形成四对差分端口，分别第一差分端口、第二差分端口、第三差分端口和第四差分端口；当第一差分端口和第二差分端口被差分...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亮，薛一凡，邢思贝，朱家明，邓宏伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32