CN105304979A - 基于siw的三模三通带微波滤波器 - Google Patents

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李国辉
王焕英
吴玉丹
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Abstract

本发明公开了一种基于SIW的三模三通带微波滤波器，包括介质板层，还包括介质板层正面的上金属镀层以及介质板层反面的下金属镀层；所述上金属镀层两端连接有共面波导式的输入输出端口，上金属镀层上设有接地第一金属通孔和第二金属通孔。所述上金属镀层上设有两个耦合的方形SIW谐振腔，所述第一金属通孔作为谐振腔的腔体壁，在每个SIW谐振腔的内对角线上设置一对第二金属通孔作为微扰，两个SIW谐振腔由两腔体间的感性窗口连接；所述SIW谐振腔内部存在TE101模式和各简并模式，SIW谐振腔内的第二金属通孔作为微扰能够分离简并模式TE102模和TE201模，产生两种模式的谐振频率；采用TE101模、TE102模和TE201模三种模式实现该滤波器的三个通带。

Description

基于SIW的三模三通带微波滤波器
技术领域
本发明涉及一种基于SIW（基片集成波导）的三模三通带微波滤波器，属于无线通信系统领域。
背景技术
随着无线通信产业的飞速发展，越来越多的通信系统需要兼容各种频段的信号以节约成本。多频带滤波器作为收发前端的关键性器件，其频选特性的优劣直接影响整个通信系统信号质量的好坏。此外，对移动通信设备而言，滤波器的体积也是非常重要的一个指标。因此，研制高性能、小型化的多频带滤波器是当前研究的热点之一。
目前微波滤波器在现代微波卫星通信，军事电子对抗，雷达上都已经广泛使用。但是为了适应日益增长的频率资源，在同一个微波器件上要求同时传输两个或多个抗干扰性能高的信号频率，多模多通带微波滤波器的发展很好地支持了多个通信信道并且满足了在频谱拥挤下的高抑制。
现有的滤波器存在着频谱资源特别拥挤、系统容量小、成本高，且由多路单频段滤波器组成的滤波器组的缺点。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于SIW的三模三通带微波滤波器，具有调谐速度快、体积小、易于集成和成本低等特点。
为达到上述目的，本发明的构思是：
采用两个SIW谐振器互相耦合而成，在每个谐振器的对角线上加载二个微扰金属通孔，这样谐振腔内不但含有主模TE101模，还有简并模式TE102模和TE201模，微扰可使简并模式TE102模和TE201模分离，这样谐振腔内产生三个谐振频率。而且改变通过微扰的位置可改变第一频带和第三频带的中心频率，第二频带中心频率基本保持不变。腔内模式间耦合使第二频带和第三频带之间产生传输零点，通带截止边沿陡峭，通带内插损较低，提高该滤波器选择性。同时为了实现体积小的要求，采用共面波导结构的输入输出端口，改善双通带的通带特性。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种基于SIW的三模三通带微波滤波器，包括介质板层，还包括介质板层正面的上金属镀层以及介质板层反面的下金属镀层；所述上金属镀层两端连接有共面波导式的输入输出端口，上金属镀层上设有接地第一金属通孔和第二金属通孔。
所述上金属镀层上设有两个耦合的方形SIW谐振腔，所述第一金属通孔作为谐振腔的腔体壁，在每个SIW谐振腔的内对角线上设置一对第二金属通孔作为微扰，两个SIW谐振腔由两腔体间的感性窗口连接；所述SIW谐振腔内部存在TE101模式和各简并模式，SIW谐振腔内的第二金属通孔作为微扰能够分离简并模式TE102模和TE201模，产生两种模式的谐振频率；采用TE101模、TE102模和TE201模三种模式实现该滤波器的三个通带。
所述介质板层为介电常数的介质板，厚度h为0.45-0.65mm。
所述上金属镀层和下金属镀层选用导电性能较好的金属材料，如金、或银、或铜。
本发明与现有技术比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明滤波器采用SIW结构易于集成，又具备了功率容量大、高Q、低损耗以及适用频率高等特点。谐振腔内通过引入微扰，可实现简并模式的分离，利用分离的简并模式和谐振腔主模实现三频带滤波器，大大减小了滤波器的体积。通过改变微扰的位置，可实现第二频带中心频率基本保持不变，第一频带和第三频带中心频率改变的目的。利用腔体内三种模式，腔体内三种模式之间存在耦合，使第二频带和第三频带之间产生传输零点，实现该滤波器的通带陡峭的截止边沿，通带内低插损，比较好的选择性。通过引入共面波导结构的输入输出端口，可有效的减小了滤波器体积，并改善滤波器的通带特性，在实现三通带的同时，具有高带外抑制度，并且满足小型化特征。
附图说明
图1是本发明基于SIW的三模三通带微波滤波器的结构示意图。
图2是本发明基于SIW的三模三通带微波滤波器上金属镀层的结构示意图。
图3是本发明具体实施例的结构示意图。
图4是基于SIW的三模三通带微波滤波器在微扰到谐振腔体壁距离cpoz为4.1mm时的仿真结果。
图5是微扰到谐振腔体壁距离cpoz在3.6-4.6mm之间调节时，该滤波器的S11示意图。
图6是微扰到谐振腔体壁距离cpoz在3.6-4.6mm之间调节时，该滤波器的S21示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：
参见图1，一种基于SIW的三模三通带微波滤波器，包括介质板层3，还包括介质板层3正面的上金属镀层1以及介质板层3反面的下金属镀层2；所述上金属镀层1两端连接有共面波导式的输入输出端口5，上金属镀层1上设有接地第一金属通孔4-1和第二金属通孔4-2。
如图2所示，所述上金属镀层1上设有两个耦合的方形SIW谐振腔，所述第一金属通孔4-1作为谐振腔的腔体壁，在每个SIW谐振腔的内对角线上设置一对第二金属通孔4-2作为微扰，两个SIW谐振腔由两腔体间的感性窗口6连接；所述SIW谐振腔内部存在TE101模式和各简并模式，SIW谐振腔内的第二金属通孔4-2作为微扰能够分离简并模式TE102模和TE201模，产生两种模式的谐振频率；采用TE101模、TE102模和TE201模三种模式实现该滤波器的三个通带。
所述介质板层3为介电常数的介质板。
如图3所示，经过设计、仿真和优化，本实施例的基于SIW的三模三通带微波滤波器的具体尺寸如下：
W=25mm,L=56mm,a=23mm,Wls=0.5mm,Ws=1.56mm,
Lsot=5mm,W12=6.96mm,cpoz=4.1mm,t=0.508mm
其中，W和L分别为整个结构宽和长，a为正方形谐振腔边长，Wls和Lsot分别为共面波导缝隙宽度和长度，Ws为输入输出端口50欧姆匹配微带线宽度，W12为两个谐振腔感性窗口宽度，cpoz为微绕到谐振腔体壁的距离，t为介质层厚度。
本实施例的基于SIW的三模三通带微波滤波器的中心频率为6.42GHz/9.8GHz/10.7GHz，通过电磁仿真软件HFSS进行仿真、调试。
图4显示了该三模三通带滤波器cpoz为4.1mm时的仿真结果。图5和图6分别显示了cpoz在3.6-4.6mm之间调节时，该滤波器的S11和S21仿真结果。仿真结果表明，该滤波器实现了三频带的响应特性，且第一频带和第三频带都实现了在微扰位置改变时可调，第二频带和带宽保持基本保持不变。
该滤波器实现了在第二频带与第三频带之间耦合出两个传输零点，通带截止边沿陡峭，通带内插损较低，选择性好。
根据微扰位置cpoz的改变，第一频带中心频率的调节范围在6.3GHz-6.53GHz，同时第三频带中心频率在10.4GHz-11GHz范围内可调节。

Claims (3)

1.一种基于SIW的三模三通带微波滤波器，包括介质板层（3），其特征在于，还包括介质板层（3）正面的上金属镀层（1）以及介质板层（3）反面的下金属镀层（2）；所述上金属镀层（1）两端连接有共面波导式的输入输出端口（5），上金属镀层（1）上设有接地第一金属通孔（4-1）和第二金属通孔（4-2）。
2.根据权利要求1所述的基于SIW的三模三通带微波滤波器，其特征在于，所述上金属镀层（1）上设有两个耦合的方形SIW谐振腔，所述第一金属通孔（4-1）作为谐振腔的腔体壁，在每个SIW谐振腔的内对角线上设置一对第二金属通孔（4-2）作为微扰，两个SIW谐振腔由两腔体间的感性窗口（6）连接；所述SIW谐振腔内部存在TE101模式和各简并模式，SIW谐振腔内的第二金属通孔（4-2）作为微扰能够分离简并模式TE102模和TE201模，产生两种模式的谐振频率；采用TE101模、TE102模和TE201模三种模式实现该滤波器的三个通带。
3.根据权利要求1所述的基于SIW的三模三通带微波滤波器，其特征在于，所述介质板层（3）为介电常数的介质板，厚度h为0.45-0.65mm。
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