一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器制造技术

一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，包括上下堆叠固定的底层金属板、中间层金属板和顶层金属板，底层金属板和顶层金属板上均固定波导法兰；底层金属板和中间层金属板上均设置多根环绕设置的金属立柱，环绕设置的金属立柱与其上层的金属层形成一谐振腔；每层上的金属立柱与上部金属层之间具有空气间隙；中间层金属板上具有使上下谐振腔能够实现电磁能量耦合的开缝；底层金属板和顶层金属板均开有长槽，波导法兰上具有与长槽对应的开孔。本实用新型专利技术通过堆叠式的双模设计，使得滤波器实现小型化；采用缝隙波导技术实现，谐振腔内填充空气，具有较高的无载品质因数，例如可高达4500。

A stacked high Q dual-mode filter based on slot waveguide technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器
本技术属于微波
，涉及一种波导谐振腔滤波器，具体涉及一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模微波滤波器。
技术介绍
由于通信系统频谱日益紧张和高数据率的要求，通信系统的频率不断向高频扩展，随着通信系统频率扩展到毫米波，且频段越来越多，通信系统越来越复杂，低损耗、低成本、小型化等性能成为对毫米波器件的必然要求。双模或多模滤波器的设计以相同的体积实现更高滤波器阶数，获得更好的滤波性能，因此，双模或多模设计对滤波器的小型化和低成本具有重要意义。但是，在多模滤波器设计中，由于多模腔内模式控制以及腔间模式间的耦合作用比较复杂，且多模式对滤波器结构比较敏感，这样就给多模滤波器的设计带来了困难。在毫米波频段，微带线结构由于辐射损耗和介质损耗大、功率容量低、色散效应严重，不适于毫米波频段的应用；基片集成波导同样有介质损耗大的缺点，且制造工艺较复杂；矩形波导由于传统的中空矩形波导通常由两部分制成并连接在一起，而两种金属结构通常存在电接触不良导致能量泄露、品质因数降低的问题，同时矩形波导也存在带宽较窄和难以集成的问题。近年来，缝隙波导技术引起了普遍关注。该技术解决了传统矩形波导滤波器的能量经由缝隙泄露的问题，且金属表面粗糙度和金属氧化等因素对缝隙波导结构滤波器的品质因数影响较小。该技术良好地解决了传统矩形波导滤波器应用中存在的问题。与传统形式的传输线相比，缝隙波导还具有传输损耗低、工作频带宽、集成度高、无需封装、可抑制表面波、具有高隔离度等优点。由于缝隙波导的结构和性能特点，使得其在毫米波等高频段通信系统中具有广泛的应用前景和巨大的商业价值。缝隙波导非常有望成为未来毫米波通信系统的重要应用方案之一。CN105762447的专利，给出了一种双频差分滤波器，该双频差分滤波器同样为堆叠设置的滤波器，但是该专利实际是一种现有常见的SIW结构的双频滤波器，SIW结构的滤波器会引入介质损耗，无法应用于毫米波或更高频段；且该专利用于实现耦合的开缝为平行于谐振腔对角线的设计，无法灵活进行耦合系数的调整，同时该专利不能实现对多模腔内模式及腔间模式耦合的灵活控制，设计复杂，使得该类型滤波器难以得到广泛应用。
技术实现思路
（一）本技术解决的技术问题本技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模微波滤波器，该滤波器基于缝隙波导技术具有较高的Q值，利用双模实现了小型化，堆叠式的设计使得结构更紧凑，通过底馈开槽相对于谐振腔长边旋转角度可实现腔内激励模式控制，便于实现滤波器的目标拓扑机构，简化了设计，且通过对电耦合与磁耦合分量的灵活控制进而实现在通带两侧引入一对可灵活控制的传输零点使得该滤波器具有选择性强的优点。（二）本技术采用的技术方案一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，包括上下堆叠固定的底层金属板中间层金属板和顶层金属板，底层金属板和顶层金属板上均固定波导法兰；底层金属板和中间层金属板上均设置多根环绕设置的金属立柱，环绕设置的金属立柱与其上层的金属层形成一谐振腔；每层上的金属立柱与上部金属层之间具有空气间隙；中间层金属板上具有使上下谐振腔能够实现电磁能量耦合的开缝；底层金属板和顶层金属板均开有长槽，波导法兰上具有与长槽对应的开孔。金属立柱环绕形成矩形谐振腔，谐振腔的长边和短边长度不同。底层金属板和顶层金属板的长槽与矩形谐振腔的长边具有预设夹角，所述预设夹角范围绝对值为0°~90°，当夹角范围绝对值为0°时，激励TE201模式，夹角范围绝对值为90°时，激励TE102模式。所述矩形谐振腔的对角设置微扰金属立柱。所述波导法兰上的开孔为倒角。所述底层金属板的上部和中间层金属板的下部、中间层金属板的上部和顶层金属板的下部均为凹凸型锲合结构，且锲合处通过螺栓固定。所述底层金属板、中间层金属板和顶层金属板为金属铝或金属铜。所述金属立柱为长方体，且相邻金属立柱之间具有设定距离。通过调整开缝的长度调整电耦合分量，通过调整开缝相对谐振腔中心的偏移及其宽度调整磁耦合分量。（三）本技术的有益效果（1）本技术通过堆叠式的双模设计，使得滤波器实现小型化；（2）采用缝隙波导技术实现，谐振腔内填充空气，具有较高的无载品质因数，例如可高达4500。（2）利用波导法兰从底侧和顶侧开槽馈电，当开槽平行于谐振腔短边时，仅激励起TE102模式，当所开槽平行于谐振腔长边时，仅激励起TE201模式；因此根据开槽与谐振腔两边的夹角，可激励不同模式，实现双模式的灵活控制；（3）中间层金属板开缝实现电磁混合耦合，电磁混合耦合为能量耦合提供了相位正交的两条路径，从而在通带两侧引入一对传输零点,使得该滤波器具有更强选择性的优点，缝隙的长度决定电耦合强度，而缝隙对谐振腔中心的偏移及其宽度决定了磁耦合强度，电磁耦合强度的灵活控制也使得传输零点位置也实现灵活控制。附图说明图1是本技术的整体结构三维示意图。图2是本技术的整体结构俯视图。图3是本技术无顶层金属层3的三维示意图。图4是本技术中间层金属层2的俯视图。图5是本技术底层金属层1的俯视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。参见图1~5，本技术提供一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，该双模滤波器包括底层金属板1、中间层金属板2和顶层金属板3，三层金属板上下堆叠设置，且相邻金属层之间具有间隙，间隙内部设置形成谐振腔的多根金属立柱9。该滤波器不同于现有的SIW滤波器，该滤波器利用缝隙波导技术，无介质损耗，具有高Q性能，能够应用于毫米波或者更好的频段。如图3所示，金属立柱9固定在底层金属板1和中间层金属板2上，每个金属板上的多根金属立柱9相邻设置，形成上下相邻的两个矩形谐振腔，相邻的金属立柱之间具有间隙。如图3所示，底层金属层1和中间层金属层2上的金属立柱9与上部金属层之间具有空气间隙8，金属立柱9、空气间隙8和上下两层金属板构成电磁带隙结构。如图4所示，中间层金属板2上开有开缝11，开缝11连通上下谐振腔，能够实现上下谐振腔的电磁能量耦合。两谐振腔之间能量耦合的方式为混合耦合，通过中间层金属板的开缝实现能量耦合。开缝11可选择为矩形开缝，其中，通过调整开缝11相对于谐振腔的中心偏移及其宽度，调整磁耦合分量，通过调整开缝11的长度调整电耦合分量，即本技术设计时能够灵活控制耦合系数。上述调整时，根据需要在设计时进行调整并实验。底层金属板1的下部固定标准波导法兰4.2，顶层金属板3的上部固定有标准波导法兰4.1，底层金属板1和顶层金属板3均开有长槽，波导法兰上具有与长槽对应的开孔，开孔优选倒角的开孔，波导法兰的设置，能够分别从底部和顶部利用标准波导法兰进行馈电。上述矩形谐振腔的长边和宽边的长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，其特征在于：包括上下堆叠固定的底层金属板（1）、中间层金属板（2）和顶层金属板（3），底层金属板（1）和顶层金属板（3）上均固定波导法兰；/n底层金属板（1）和中间层金属板（2）上均设置多根环绕设置的金属立柱（9），环绕设置的金属立柱（9）与其上层的金属层形成一谐振腔；/n每层上的金属立柱（9）与上部金属层之间具有空气间隙（8）；/n中间层金属板（2）上具有使上下谐振腔能够实现电磁能量耦合的开缝（11）；/n底层金属板（1）和顶层金属板（3）均开有长槽，波导法兰上具有与长槽对应的开孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，其特征在于：包括上下堆叠固定的底层金属板（1）、中间层金属板（2）和顶层金属板（3），底层金属板（1）和顶层金属板（3）上均固定波导法兰；
底层金属板（1）和中间层金属板（2）上均设置多根环绕设置的金属立柱（9），环绕设置的金属立柱（9）与其上层的金属层形成一谐振腔；
每层上的金属立柱（9）与上部金属层之间具有空气间隙（8）；
中间层金属板（2）上具有使上下谐振腔能够实现电磁能量耦合的开缝（11）；
底层金属板（1）和顶层金属板（3）均开有长槽，波导法兰上具有与长槽对应的开孔。


2.根据权利要求1所述的一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，其特征在于：
金属立柱（9）环绕形成矩形谐振腔，谐振腔的长边和短边长度不同。


3.根据权利要求1所述的一种基于缝隙波导技术的堆叠式高Q双模滤波器，其特征在于：
底层金属板（1）和顶层金属板（3）的长槽与矩形谐振腔的长边具有预设夹角，所述预设夹角范围绝对值为0°~90°，当夹角范围绝对值为0°时，激励TE201模式，夹角范围绝对值为90°时，激励TE102模式。


4.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁文昊，张安学，舒敏杰，张凯，纪其辉，邢金龙，王利平，
申请(专利权)人：河南思维轨道交通技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41