基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法。该谐振腔的设计方法包括：依次堆叠分布第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层共5层层结构；形成整体呈正方形分布的金属通孔阵列，金属通孔阵列贯穿5层层结构，从而在5层层结构之间形成SIW谐振腔；将第二金属层进行折叠，折叠后的第二金属层为折叠层，折叠层上保留有正方形的至少一边上的若干金属通孔，从而在5层层结构之间形成FSIW谐振腔；形成微扰结构，利用微扰结构扰动FSIW谐振腔中存在的简并双模，使其变为非简并模式；其中，微扰结构包括贯穿5层层结构的两个金属通孔，两个金属通孔位于正方形的其中一条对角线上且关于正方形的中心对称。方形的中心对称。方形的中心对称。

【技术实现步骤摘要】
基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法


[0001]本专利技术涉及电磁场与微波
，具体涉及一种高频率滤波器，尤其涉及一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法。

技术介绍

[0002]高速发展的无线通信系统离不开高性能滤波器的支持。面对即将来临的E5G、6G时代，具有低插损（高Q值）、高频率选择性以及小型化的带通滤波器（Bandpass Filter, BPF）是当前研究的热点内容之一。
[0003]在现有技术中，微带结构因其在较高频率时，容易引起过高的损耗，已经不能普适用于8GHz以上的工作频段。在较高频频率时，一般采用基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）结构实现BPF的设计。对于SIW结构的BPF，一般采用单模设计的居多。单模SIW滤波器是使用多个SIW空腔来实现的，使用的空腔数量与滤波器的阶数一致，因此存在尺寸过大的问题，不利于器件的小型化。近几年虽然有采用不完全模的SIW腔（例如：半模腔，四分之一腔，甚至八分之一腔）实现小型化BPF的设计，但这也是以牺牲滤波器的空载品质因数（Qu）、恶化插入损耗为代价的。更糟糕的是，它们还具有较大的辐射损失，这也将导致电磁兼容性较差，不利于高性能无线通信系统的发展。
[0004]为了进一步实现器件的小型化，现有技术中又提出了多模SIW设计带通滤波器的方法。相对于单模SIW结构，多模SIW可以实现一个腔支持多种谐振模式，等价于多个单模谐振器，因此可以较大程度上实现器件的小型化。但是，设计构建多模SIW谐振腔的结构是技术的难点。因此，多模SIW滤波器的设计一般常见于双模。相比较双模SIW，三模、四模SIW谐振腔结构更符合小型化发展趋势。现有技术中，能够实现三模、四模等SIW结构的BPF较少，即使实现了多模结构的设计，一般也是采用SIW传统的模式实现且存在传输极点不能灵活调整，通带选择性较差、带宽的可控性较差等技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有的多模SIW滤波器的设计存在传输极点不能灵活调整，通带选择性较差、带宽的可控性较差的技术问题，同时面向进一步小型化的应用需求，本专利技术提供一种基于多模折叠基片集成波导（Folded SIW, FSIW）的谐振腔、滤波器及设计方法。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔的设计方法，包括：依次堆叠分布第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层共5层层结构；形成整体呈正方形分布的金属通孔阵列，所述金属通孔阵列贯穿5层层结构，从而在5层层结构之间形成SIW谐振腔；将所述第二金属层进行折叠，将折叠后的第二金属层记作折叠层，所述折叠层上保留有所述正方形的至少一边上的若干金属通孔，从而在5层层结构之间形成FSIW谐振腔；
需要说明的是，折叠层上保留有所述正方形的至少一边上的若干金属通孔的目的是为了确保这折叠层与其他4层结构之间能够构成SIW谐振腔，这是实现FSIW谐振腔的前提。
[0007]形成微扰结构，从而利用所述微扰结构扰动所述FSIW谐振腔中存在的简并双模，使其变为非简并模式；其中，所述微扰结构包括贯穿5层层结构的两个金属通孔，两个金属通孔位于所述正方形的其中一条对角线上且关于所述正方形的中心对称。需要说明的是，通过微扰结构将FSIW谐振腔存在的简并双模变为非简并模式，这是为后续形成多模BPF作准备。
[0008]该设计方法的构思是在折叠层与其他层之间能够实现SIW谐振腔的基础上，可以按照需要设计不同形状结构的折叠层来实现具有多种模式的FSIW谐振腔，具有更好的设计灵活性和自由度。
[0009]进一步地，所述折叠层上保留有所述正方形的两条边上的若干金属通孔，且所述折叠层整体呈阶梯状；进一步地，所述折叠层上保留有所述正方形的两条边上的若干金属通孔，且所述折叠层整体也呈正方形；所述微扰结构还包括在所述折叠层表面蚀刻的槽线。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔，采用上述第一方面提供的任一种设计方法得到。
[0011]第三方面，本专利技术提供一种基于多模折叠基片集成波导的小型化滤波器的设计方法，采用第一方面的一种设计方法形成基于多模折叠基片集成波导的谐振腔；沿第一参考线方向在所述第一金属层上设置输入端口馈线，沿第二参考线方向在所述第一金属层上设置输出端口馈线；其中，所述输入端口馈线和所述输出端口馈线结构相同，均包括微带线和两个关于所述微带线对称的耦合槽；且所述输入端口馈线的微带线与所述第一参考线之间的距离、以及所述输出端口馈线的微带线与所述第二参考线之间的距离均为D
in
，D
in
为不小于0的数；其中，以经过所述正方形的中心且分别平行于其中两条垂直边的虚拟线段分别作为所述第一参考线和所述第二参考线。
[0012]进一步地，所述耦合槽整体呈L形。
[0013]进一步地，所述折叠层整体呈三级阶梯状。
[0014]第四方面，本专利技术提供一种基于多模折叠基片集成波导的小型化滤波器的设计方法，采用第一方面的另一种设计方法形成基于多模折叠基片集成波导的谐振腔；沿第一参考线方向在所述第一金属层上设置输入端口馈线，沿第二参考线方向在所述第一金属层上设置输出端口馈线；其中，所述输入端口馈线和所述输出端口馈线结构相同，均包括微带线和两个关于所述微带线对称的耦合槽；且所述输入端口馈线的微带线与所述第一参考线之间的距离、以及所述输出端口馈线的微带线与所述第二参考线之间的距离均为D
in
，D
in
为不小于0的数；其中，以经过所述正方形的中心且分别平行于其中两条垂直边的虚拟线段分别作为所述第一参考线和所述第二参考线。
[0015]进一步地，所述耦合槽整体呈L形。
[0016]第五方面，本专利技术实施例提供一种基于多模折叠基片集成波导的小型化滤波器，采用上述第三方面和第四方面提供的设计方法得到。
[0017]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供的设计方法，可以构建多模FSIW谐振腔结构。FSIW谐振腔在使用单
腔SIW的情况下，可以激励多种模式在相近频率下谐振，从而可以构建高阶BPF。相比较现有技术中常用的单模级联方式构建高阶的BPF，在保持传统SIW谐振腔高品质因数的同时，极大程度上减小了器件的整体尺寸，使其更加适用于日趋小型化的高速无线通信系统。
[0018]（2）本专利技术在多模FSIW谐振腔结构的设计中，利用结构设计激励使用了折叠模式TE
1/2、0、1/2
、TE
1/2、0、3/2
和TE
3/2、0
。相同工作频率下，此类模式所需要的结构尺寸比正常模式下所需要的结构尺寸小。相比较传统工作模式下的结构设计，此类结构设计又进一步地实现了器件小型化。
[0019]（3）在本专利技术中，利用折叠层的不同结构设计可以灵活地激励不同的工作方式相近谐振，实现三模、四模的BPF设计。相比较现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多模折叠基片集成波导的谐振腔的设计方法，其特征在于，包括：依次堆叠分布第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层共5层层结构；形成整体呈正方形分布的金属通孔阵列，所述金属通孔阵列贯穿5层层结构，从而在5层层结构之间形成SIW谐振腔；将所述第二金属层进行折叠，将折叠后的第二金属层记作折叠层，所述折叠层上保留有所述正方形的至少一边上的若干金属通孔，从而在5层层结构之间形成FSIW谐振腔；形成微扰结构，从而利用所述微扰结构扰动所述FSIW谐振腔中存在的简并双模，使其变为非简并模式；其中，所述微扰结构包括贯穿5层层结构的两个金属通孔，两个金属通孔位于所述正方形的其中一条对角线上且关于所述正方形的中心对称。2.根据权利要求1所述的基于多模折叠基片集成波导的谐振腔的设计方法，其特征在于，所述折叠层上保留有所述正方形的两条边上的若干金属通孔，且所述折叠层整体呈阶梯状。3.根据权利要求1所述的基于多模折叠基片集成波导的谐振腔的设计方法，其特征在于，所述折叠层上保留有所述正方形的两条边上的若干金属通孔，且所述折叠层整体也呈正方形；所述微扰结构还包括在所述折叠层表面蚀刻的槽线。4.基于多模折叠基片集成波导的谐振腔，其特征在于，采用如权利要求1至3任一所述的设计方法得到。5.基于多模折叠基片集成波导的小型化滤波器的设计方法，其特征在于，包括：采用如权利要求2的设计方法形成基于多模折叠基片集成波导的谐振腔；沿第一参考线方向在所述第一金属层上设置输入端口馈线，沿第二参考线方向在所述第一金属层上设置输出端口馈线；其中，所述输入端口馈线和所述输出端口馈线结构相同，均包括微带线和两个关于所述微带...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆，周东方，钱行，张德伟，张翼，吕大龙，张毅，王建辉，刘起坤，麻本华，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：