CN109167130A - 一种siw法波干涉滤波器 - Google Patents

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刘水平
张丽君
肖宇
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Abstract

本发明属于微波通信领域，涉及传输线、滤波器技术。尤其涉及一种SIW法波干涉滤波器。本发明通过在SIW单腔体内填充3种相对介电常数不同的填充介质，填充介质1填充于SIW单腔体的中间部分；填充介质2为2部分，分别填充于填充介质1的两侧；填充介质3为2部分，分别于填充介质2两侧。在保证器件性能的前提下，将带宽做到更窄，并且损耗小，不会增加滤波器的体积，且加工过程简单。

Description

一种SIW法波干涉滤波器
技术领域
本发明属于微波通信领域，涉及传输线、滤波器技术。尤其涉及一种SIW法波干涉滤波器。
背景技术
SIW结构是近些年来形成的一种平面集成波导形式，是集成于填充介质基片中的，兼有低辐射、低损耗等优势的新颖导波形式。目的是，实现类似于标准波导的功能。SIW继承了标准矩形波导与微带的优良特性，如：功率容量大，易于集成化等，从而广泛适用于电路集成方面。
SIW滤波器作为腔体滤波器之一，本身具有高Q值、功率容量大、可靠性好、成本低的优点，在微波通信领域有着广泛的应用，由于SIW单腔的通带较大，所以在腔体数量足够少的情况下，带宽往往不能够做得很窄，不能够满足高选择性的特点。
发明内容
针对上述现状，为解决现有SIW滤波器在保持腔体数量不变的情况下，带宽不够窄的问题，本发明提供了一种SIW法波干涉滤波器。
该SIW法波干涉滤波器包括SIW腔体和填充介质。
所述SIW腔体为单腔体；所述填充介质为3种相对介电常数均不同的填充介质按入射波传播方向分段填满于SIW腔体当中。填充介质1填充于SIW腔体的中间部分；填充介质2为2部分，分别填充于填充介质1的两侧；填充介质3为2部分，分别于填充介质2两侧。
进一步的，所述3种填充介质均为长方体，填充介质1的物理中心与SIW腔体的物理中心完全重合。
进一步的，所述2部分填充介质2大小完全一致，且关于填充介质1的物理中心完全对称。
进一步的，所述2部分填充介质3大小完全一致，且关于填充介质1的物理中心完全对称。
其设计方法为：
步骤1、根据SIW传输线与矩形波导的尺寸等效公式以及所研究的频段，得出SIW的各个参数：圆柱形通孔尺寸d，同行相邻通孔间距P，SIW传输线两行金属通孔之间距离W，SIW的总长度L；
步骤2、根据干涉原理并结合SIW腔体的场分布计算得到3种填充介质的相对介电常数的大小ε1、ε2、ε3，以及对应波传播方向的填充长度大小L1、L2、L3，并保持SIW的总长度L不变。
步骤3、将步骤1和步骤2得到的参数在HFSS中建模，并通过HFSS各个参数进行仿真计算，然后将各组数据得到的第一个带通的中心频率f作为因变量，分别以ε1、ε2填充介质对应尺寸大小L1、L2作为自变量，用MATLAB软件进行公式拟合以得出他们之间的关系，最终确定各填充介质在对应工作频段的填充长度。
本发明通过在SIW单腔体内填充3种相对介电常数不同的填充介质，在保证器件性能的前提下，将带宽做到更窄，并且损耗小，不会增加滤波器的体积，且加工过程简单。
附图说明
图1是只填充相对介电常数为ε3的填充介质的SIW腔体的立体示意图；
图2是填充3种不同介电常数的填充介质的SIW法波干涉滤波器的立体示意图；
图3是填充3种不同介电常数的填充介质的SIW法波干涉滤波器的俯视示意图；
图4是只填充相对介电常数为ε3的填充介质的SIW腔体S参数图；
图5是填充3种不同介电常数的填充介质的SIW法波干涉滤波器S参数图；
图6是填充3种不同介电常数的填充介质的SIW法波干涉滤波器第一个带通的中心频率f与L1的关系曲线图；
图7是填充3种不同介电常数的填充介质的SIW法波干涉滤波器第一个带通的中心频率f与L2的关系曲线图；
附体标记：L-SIW干涉滤波器的腔长,L1-相对介电常数为ε1的填充介质的边长，L2-相对介电常数为ε2的填充介质的边长，L3-相对介电常数为ε3的填充介质的边长。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
步骤1、选取X波段的SIW腔体如图1。
圆柱形通孔半径d＝1.1mm，相邻金属通孔孔间距P＝1.33mm，SIW传输线的两排金属孔之间距离W＝19mm，SIW腔体的总长度L＝36mm，填充介质的相对介电常数ε3为5.7，图4为其S参数图。
步骤2、根据干涉原理并结合SIW腔体的场分布计算得到另外2种填充介质的相对介电常数分别为ε1＝1.0006、ε2＝25，长度分别L1＝25mm，L2＝0.9mm，图5为其S参数图。
步骤3、对相对介电常数为ε1、ε2的填充介质的长度L1、L2对SIW干涉滤波器的第一个带通的中心频率f分别进行研究，f与L1的关系如图6所示，f与L2的关系如图7所示。
步骤4、根据得到的数据对f与L1的关系，f与L2的关系分别进行公式拟合，得到的公式分别为f＝0.0252(L1)2-1.3938L1+29,f＝0.1554(L2)2-0.6542L2+10.8208。
实施例设计的SIW法波干涉滤波器，当只填充ε3为5.7的填充介质时，由图4可以看出，此时的通带非常大。
然后结合干涉原理以及SIW的场分布计算得到的另外2种填充介质的相对介电常数分别为ε1、ε2，大小分别为1.0006和25，长度分别为L1、L2,且L1＝25mm，L2＝0.9mm。将这2种填充介质填充到SIW腔体的对应位置当中形成SIW法波干涉滤波器，其S参数图如图5所示，结合图5可以看出，该滤波器出现了许多的带通部分，且带通部分带宽非常窄，损耗很小，达到了上述要求。最后，对第一个带通的中心频率与L1、L2的关系进行研究，并拟合出它们的公式。
综上可见，本发明通过在SIW单腔体内填充3种相对介电常数不同的填充介质，在保证器件性能的前提下，将带宽做到更窄，并且损耗小，不会增加滤波器的体积，且加工过程简单。

Claims (5)

1.一种SIW法波干涉滤波器，包括SIW腔体和填充介质，其特征在于：
所述SIW腔体为单腔体；
所述填充介质为3种相对介电常数均不同的填充介质按入射波传播方向分段填满于SIW腔体当中；填充介质1填充于SIW腔体的中间部分；填充介质2为2部分，分别填充于填充介质1的两侧；填充介质3为2部分，分别于填充介质2两侧。
2.如权利要求1所述SIW法波干涉滤波器，其特征在于：所述3种填充介质均为长方体，填充介质1的物理中心与SIW腔体的物理中心完全重合。
3.如权利要求1所述SIW法波干涉滤波器，其特征在于：所述2部分填充介质2的大小完全一致，且关于填充介质1的物理中心完全对称。
4.如权利要求1所述SIW法波干涉滤波器，其特征在于：所述2部分填充介质3的大小完全一致，且关于填充介质1的物理中心完全对称。
5.如权利要求1所述SIW法波干涉滤波器的设计方法，包括以下步骤：
步骤1、根据SIW传输线与矩形波导的尺寸等效公式以及所研究的频段，得出SIW的各个参数：圆柱形通孔尺寸d，同行相邻通孔间距P，SIW传输线两行金属通孔之间距离W，SIW的总长度L；
步骤2、根据干涉原理并结合SIW腔体的场分布计算得到3种填充介质的相对介电常数的大小ε1、ε2、ε3，以及对应波传播方向的填充长度大小L1、L2、L3，并保持SIW的总长度L不变；
步骤3、将步骤1和步骤2得到的参数在HFSS中建模，并通过HFSS各个参数进行仿真计算，然后将各组数据得到的第一个带通的中心频率f作为因变量，分别以ε1、ε2填充介质对应尺寸大小L1、L2作为自变量，用MATLAB软件进行公式拟合以得出他们之间的关系，最终确定各填充介质在对应工作频段的填充长度。
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