CN106654481A - 一种双频带独立可调基片集成波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，包括：谐振腔，及谐振腔上的微扰体；谐振腔包括：接地面、介质板、顶层面、金属壁过孔；顶层面和接地面分别位于介质板的上下，金属壁过孔以相同的距离阵列的分布在谐振腔的四周，组成墙壁，两个金属壁过孔的孔间距小于等于金属壁过孔直径的2.5倍；微扰体包括：微扰槽、微扰金属过孔、连接槽；微扰槽位于谐振腔的顶层面中心位置，连接槽关于微扰槽对称设置，每个谐振腔内的微扰金属过孔关于微扰槽对称，且相应地位于连接槽里面，连接槽、微扰金属过孔的个数均为偶数。本发明的双频带独立可调的SIW滤波器具有结构简单，回波损耗较大，双频带独立可调控，操作简单等优点。

Description

一种双频带独立可调基片集成波导滤波器

技术领域

本发明涉及一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，确切的说，涉及一种可应用于需要随时切换在不同频段滤波器的无线通信系统，属于微波传输器件的技术领域。

背景技术

目前多频带和实时可调频带为射频/微波/太赫兹收发器提供有效的解决方案，以克服对频谱拥挤的无线通信有效利用问题。滤波器作为无线收发系统的关键模块，且多波段或实时可调波段滤波器需要有多功能集成特征以满足未来在电信和互联网中对频谱的应用。

最近基于SIW的可调/可重构滤波器主要为两种：1)电可调滤波器，2)机械可调滤波器。例如文献《Tunable band-pass filters based on varactor-loadedcomplementary split-ring resonators on half-mode substrate integratedwaveguide》电可调滤波器中，是通过对互补开口谐振环上的变容二极管进行直流电压控制来引起通频带的移动。又如文献《A 1.2-1.6-GHz substrate-integrated-waveguide RFMEMS tunable filter》机械可调滤波器中，是通过旋转开关器件控制腔内的干扰孔与腔的顶层金属连接状态来引起频率移动，其工作状态是离散的。上述所提到的方法会使电路复杂，高成本的多层结构，此外，也只能产生一个单频带，且控制一个频带的移动。而文献《Dual-band Dual-mode Substrate Integrated Waveguide Filters withIndependently Reconfigurable TE₁₀₁ Resonant Mode》虽然结构简单，操作容易，且有两个频带，但是，该文献只能实现一个频带可调控，而另外一个频带不动。

因此有必要提供一种结构简单，操作简单，且能实现双频带独立可调的SIW滤波器。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种双频带独立可调的SIW滤波器。本发明的双频带独立可调的SIW滤波器具有结构简单，操作简单，能独立调控两个频带等优点。

根据本发明的实施例，提供一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，包括：谐振腔，及谐振腔上的微扰体；

谐振腔基本包括接地面、介质板、顶层面、金属壁过孔；

顶层面和接地面分别位于介质板的上下。一系列的金属壁过孔以相同的距离阵列的分布在谐振腔的四周，组成墙壁，。两金属壁过孔的孔间距要小于等于金属壁过孔直径的2.5倍。

微扰体包括：微扰槽、微扰金属过孔、连接槽。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的接地面、顶层面为覆盖的一层导电金属，例如铜，金或者银。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的谐振腔的个数为1～4个。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的微扰槽个数和谐振腔个数相同，为1～4个，且尺寸相同分别位于每个谐振腔的顶层面中心位置。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的每个谐振腔内的连接槽关于微扰槽对称，每个腔的连接槽个数为偶数，一般为2～6个。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的每个谐振腔内的微扰金属过孔关于微扰槽对称，且相应地位于连接槽里面，每个腔的微扰金属过孔的个数为偶数，一般为2～6个。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的金属孔与顶层面连接状态保持不变，单一改变微扰槽的长度，可以控制低频带的中心不变，高频带的中心频率移动，可调范围为10％左右。

优选的，在本发明的各实施例中，所述的金属孔与顶层面连接状态不同时，相应地改变微扰槽的长度，可以控制高频带中心频率不变，低频带的中心频率移动，可调范围为30％左右。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过单一改变微扰槽的槽长，实现高频带的中心频率可调而低频带的中心频率不变；通过同时改变干扰金属孔与顶层面的连接状态和微扰槽的长度，实现低频带的中心频率可调而高频带的中心频率不变；

(2)本发明的双频带独立可调的SIW滤波器具有结构简单，回波损耗较大，双频带独立可调控，操作简单等优点。

附图说明

为了更清楚说明本发明的实施例的技术方案，以下将对本发明的实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图做简单介绍。当然，以下描述中的附图仅用于例示本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图中所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明实施例的双频带独立可调的SIW滤波器的三维结构示意图；

图2为低频带的中心频率可调控而高频带的中心频率不动时的结构示意图；

图3为高频带的中心频率可调控而低频带的中心频率不动时的结构示意图；

图4为低频带的中心频率可调控而高频带的中心频率不动时，不同状态下，插入损耗S₂₁的仿真S参数图；

图5为低频带的中心频率可调控而高频带的中心频率不动时，不同状态下，回波损耗S₁₁的仿真S参数图；

图6为高频带的中心频率可调控而低频带的中心频率不动时，不同状态下，插入损耗S₂₁的仿真S参数图；

图7为高频带的中心频率可调控而低频带的中心频率不动时，不同状态下，回波损耗S₁₁的仿真S参数图；

图中：

1-输入端口 2-输出端口 3-第一对微扰金属过孔

4-第二对微扰金属过孔 5-第三对微扰金属过孔 6-第四对微扰金属过孔

7-第一微扰槽 8-第二微扰槽 9-第一对连接槽

10-第二对连接槽 11-第三对连接槽 12-第四对连接槽

13-金属壁过孔 14-接地面 15-介质板

16-顶层面 17-第一谐振腔 18-第二谐振腔

19-一个输入端馈电开口槽 20-一个输出端馈电开口槽

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，本发明优选实施例的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，包括谐振腔,微带线，及谐振腔内的微扰槽，连接槽，和微扰金属过孔。

滤波器设由两个相同的谐振腔组成，谐振腔基本包括接地面14、介质板15、顶层面16、金属壁过孔13，且接地面14、顶层面16材质为铜。金属壁过孔13的材质也为铜，介质板为cer-10,介电常数为9.5，板厚h＝0.64mm。

如图1所示，本发明的一个具体实施例中，金属壁过孔13的半径R_d＝0.5mm,第一谐振腔17与第二谐振腔18的尺寸相同，接地面14的长度，宽度分别为L＝125mm，W＝61.6mm，介质板15长度，宽度，高度分别为L＝125mm，W＝61.6mm，h＝0.64mm；顶层面的长度，宽度，分别为l₀＝112.2mm，w₀＝57.6mm。第一谐振腔内由一系列金属壁过孔13组成的墙长与墙宽分别为l_q＝55.4mm，w_q＝55.4mm，相邻金属壁过孔13的孔间距为q＝2mm。第一谐振腔与第二谐振腔之间的墙壁孔间距l₁＝11.47mm。

如图1所示，输入端口1和输出端口2尺寸相同，由微带线形成，且分别位于第一谐振腔17和第二谐振腔18的一侧的中间。输入端口1的长度l_i＝19.25mm，宽度w_i＝0.63mm。

馈电开口槽有四个，输入端馈电开口槽两个和输出端馈电开口槽两个，分别在输入端口1和输入端口2的微带线伸入谐振腔内的两侧，四个馈电开口槽尺寸相同，如图1所示，只标注出一个输入端馈电开口槽(19)和一个输出端馈电开口槽(20)，馈电开口槽的长度l_k＝12.85mm，宽度w_k＝3.24mm；

如图1所示，第一微扰槽7和第二微扰槽8只是在顶层面16中间，尺寸相同，宽度为slot_w＝2mm，可以通过手动贴铜皮来改变微扰槽的长度slot_L，从而只改变腔内TE₁₀₂模式的电磁分布受到的微扰程度来实现高频带可调而低频带的中心频率不变的目的。

如图1所示，第一对连接槽9、第二对连接槽10、第三对连接槽11和第四对连接槽12只是分布在顶层面16上，且尺寸相同均为正方形，长度为slot_s＝1.9mm。第一对微扰金属过孔3、第二对微扰金属过孔4、第三对微扰金属过孔5和第四对微扰金属过孔6的半径均为R₀＝0.3mm，且每对微扰过孔的孔间距均为d＝9mm，第一对微扰金属过孔3和第二对微扰金属过孔4均关于第一微扰槽7对称，且分别位于第一对连接槽9和第二对连接槽10的中心，第三对微扰金属过孔5和第四对微扰金属过孔6均关于第二微扰槽8对称，且分别位于第三对连接槽11和第四对连接槽12的中心。在第一微扰槽7或第二微扰槽8的同一侧的微扰金属过孔的孔间距d_t＝2.4mm。

如图1所示，可以通过在第一对连接槽9、第二对连接槽10、第三对连接槽11和第四对连接槽12上面贴铜皮来分别控制第一对微扰金属过孔3、第二对微扰金属过孔4、第三对微扰金属过孔5和第四对微扰金属过孔6与顶层面16的连接状态，在此同时通过改变微扰槽的长度，从而实现低频带可调而高频带的中心频率不变的目的。

如图1所示，金属壁过孔13的半径为R_d，第一谐振腔内由一系列金属壁过孔组成的墙长与墙宽分别为l_q，w_q，相邻金属壁过孔13的孔间距为q，第一谐振腔与第二谐振腔之间的墙壁孔间距l₁；接地面14的长度，宽度分别为L，W，介质板15长度，宽度，高度分别为L，W，h；顶层面的长度，宽度分别为l₀，w₀；输入端口1和输出端口2尺寸相同，长度，宽度分别为l_i，w_i；输入端馈电开口槽19和输出端馈电开口槽20尺寸相同，长度，宽度分别为l_k，w_k；第一微扰槽7和第二微扰槽8，尺寸相同，宽度为slot_w，长度slot_L；第一对连接槽9、第二对连接槽10、第三对连接槽11和第四对连接槽12，尺寸相同均为正方形，长度为slot_s，微扰金属过孔6的半径均为R₀，且每对微扰过孔的孔间距均为d，在第一微扰槽7或第二微扰槽8的同一侧的微扰金属过孔的孔间距d_t。

本发明的一个优选实施例中，其具体尺寸如下：R_d＝0.5mm，l_q＝55.4mm，w_q＝55.4mm，q＝2mm，l₁＝11.47mm，L＝125mm，W＝61.6mm，h＝0.64mm，l₀＝112.2mm，w₀＝57.6mm，l_i＝19.25mm，w_i＝0.63mm，l_k＝12.85mm，w_k＝3.24mm，slot_w＝2mm，slot_s＝1.9mm，R₀＝0.3mm，d＝9mm，d_t＝2.4mm。

图2显示了通过人为在第一谐振腔17内对第一对连接槽9、第二对连接槽10贴铜皮来分别控制第一对微扰金属过孔3、第二对微扰金属过孔4与顶层面16的连接状态，与此同时通过人为在第一微扰槽7上贴铜皮来改变微扰槽长度的不同状态，当一对微扰金属过孔与顶层面16连接时，状态数表示为1，反之为0；第二谐振腔18与第一谐振腔17对称，且状态始终与第一谐振腔17保持一致性。

图3显示了当在第一谐振腔17内，通过对第一对连接槽9贴铜皮让第一对微扰金属过孔3与顶层面16的连接，而对第二对连接槽10保持不变，使第二对微扰金属过孔4与顶层面16不连接时，人为在第一微扰槽7上贴铜皮改变微扰槽的长度的不同状态；第二谐振腔18与第一谐振腔17对称，且状态始终与第一谐振腔17保持一致性。

图4显示了本发明实施例的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，当同时使两个谐振腔内的微扰金属过孔与顶层面16的连接状态从00，变化为10,11时，同时相应地人为改变微扰槽的长度为slot_L＝5mm，20mm，28mm的三个状态时，插入损耗S₂₁的仿真S参数图。

图5显示了本发明实施例的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，当同时使两个谐振腔内的微扰金属过孔与顶层面16的连接状态从00，变化为10,11的同时相应地人为改变两个谐振腔内的微扰槽的长度为slot_L＝5mm，20mm，28mm时，插入损耗S₁₁的仿真S参数图。

图6显示了本发明实施例的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，当同时使两个谐振腔内的微扰金属过孔与顶层面16的连接状态保持为10的同时，相应地人为改变微扰槽的长度为slot_L＝5mm，20mm，28mm时，插入损耗S₂₁的仿真S参数图。

图6显示了本发明实施例的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，当同时使两个谐振腔内的微扰金属过孔与顶层面16的连接状态保持为10的同时，相应地人为改变微扰槽的长度为slot_L＝5mm，20mm，28mm时，插入损耗S₁₁的仿真S参数图。

测试图中，S参数用于描述各个端口之间的信号传递情况，常用dB值表示。S₁₁是指所有端口连接匹配负载时，向输入端口看去的反射系数，S₁₁小于-10dB表示能量大多可以通过输出端口，只有极少数的能量反射回输入端口，传输度高；S₂₁表示由输入端口到输出端口的传输系数，越高表示器件损耗越低，性能越好。

如图4和图5所示，随着微扰金属过孔与顶层面16的连接对数越多，微扰槽的长度越长，低频带的中心频率往右移动，而高频带的中心频率保持不变。

如图6和图7所示，当谐振腔内微扰金属过孔与顶层面16的连接状态保持为10状态时，微扰槽的长度越长，高频带的中心频率往左移动，而低频带的中心频率保持不变。

参见图4和图5，可以看出基片集成波导滤波器的低频带的可调中心频率为1.47GHz,插入损耗小于5.8dB，回波损耗大于10dB，频带可调范围约为30.6％，在S₁₁＝-10dB时平均相对带宽约为1.35％，高频带的中心频率约为1.93GHz，插入损耗小于1.94dB，回波损耗大于10dB，在S₁₁＝-10dB时平均相对带宽约为2.57％。

参见图6和图7，可以看出基片集成波导滤波器的低频带的中心频率约为1.58GHz,插入损耗小于3.04dB，回波损耗约大于11.24dB，在S₁₁＝-10dB时，平均相对带宽约为1.27％，高频带的中心频率约为1.93GHz，插入损耗小于2.68dB，回波损耗约大于15.57dB，在S₁₁＝-10dB时平均相对带宽约为2.06％，频带可调范围约为10.3％。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，包括：谐振腔，及谐振腔上的微扰体；

谐振腔包括：接地面、介质板、顶层面、金属壁过孔；

顶层面和接地面分别位于介质板的上下，金属壁过孔以相同的距离阵列的分布在谐振腔的四周，组成墙壁，两个金属壁过孔的孔间距小于等于金属壁过孔直径的2.5倍；

微扰体包括：微扰槽、微扰金属过孔、连接槽；

微扰槽位于谐振腔的顶层面中心位置，连接槽关于微扰槽对称设置，每个谐振腔内的微扰金属过孔关于微扰槽对称，且相应地位于连接槽里面，连接槽、微扰金属过孔的个数均为偶数。

2.根据权利要求1所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的接地面、顶层面均为导电金属。

3.根据权利要求1所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的导电金属为覆盖的一层铜或者金或者银。

4.根据权利要求1所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的谐振腔的个数为1～4个。

5.根据权利要求1所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的微扰槽个数和谐振腔个数相同，每个微扰槽的尺寸相同。

6.根据权利要求1所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的连接槽为2～6个。

7.根据权利要求1所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的微扰金属过孔为2～6个。

8.根据权利要求1-7所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的控制金属孔与顶层面连接状态保持不变，单一改变微扰槽的长度，控制低频带的中心不变，高频带的中心频率移动。

9.根据权利要求1-7所述的一种双频带独立可调的基片集成波导滤波器，所述的微扰金属过孔与顶层面连接状态进行改变，同时改变微扰槽的长度，控制高频带中心频率不变，低频带的中心频率移动。