CN110336100A - 一种空气填充siw双通带滤波器及其优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种空气填充SIW双通带滤波器及其优化方法，其中滤波器包括输入、输出耦合结构，及空气填充SIW谐振腔结构；空气填充SIW谐振腔结构包括金属通孔阵列(8)、空气盒子(7)和4n个微扰金属化过孔(9)；这4n个微扰金属化过孔(9)的投影关于器件中心点中心对称；该空气盒子(7)是由中间基板介质层(2)镂空然后密封形成的，其投影呈矩形，该矩形形状的中心与器件中心点重合。本发明通过对滤波器器件关键的内部构造及细节结构设置等进行改进，与现有技术相比，得到的基于空气填充SIW谐振腔的双通带滤波器，采用单谐振腔结构，具有两个双模工作的通带，三个传输零点，通带内插入损耗低，易于加工等特点。

Description

一种空气填充SIW双通带滤波器及其优化方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种空气填充SIW双通带滤波器及其优化方法，是一种基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)双通带滤波器，可作为5G通信频段双通带滤波器。

背景技术

5G通信技术的发展，不仅增加了新的通信频段，还提出了多频段通信的发展方向。滤波器是无线通信系统中的重要元件，小尺寸，低损耗，易于集成，低成本是滤波器能应用到5G通信设备中的基本要求。SIW结构，作为波导结构与微带线结构的完美结合体，同时具备了两者的优点，即低损耗和易于集成，因此被广泛用于滤波器的设计。在中国，新增的5G通信频段有3.3-3.6GHz，4.8-5GHz这两个频段，因此，SIW双通带滤波器的设计对于中国5G通信的发展具有重要的意义。

《一种基于SIW加载H型缝隙结构的双通带滤波器》(申请号：201510438047.0)的中国专利中介绍了利用SIW谐振腔以及在SIW谐振腔上金属层刻蚀的U型谐振结构实现双通带滤波器的情况。其中第一通带由SIW谐振腔产生，第二个通带是通过SIW腔体的上金属层刻蚀的U型谐振结构实现的，整个滤波器比较紧凑，其缺点是由两个SIW谐振腔构成，体积偏大，以及上金属层刻蚀的两个U型谐振结构会引起较大的辐射损耗。《毫米波双通带滤波器及其设计方法》(申请号：201510852538.X)的中国专利中介绍了利用双层介质基板上的SIW谐振腔连同两基板之间的半波长谐振器实现双通带滤波器的方法，其中第一个通带由双层介质基板中间的半波长谐振器构造得到，第二通带由上下两层的介质基板上的SIW谐振腔形成，整个滤波器腔体数量多，体积偏大，而且层数较多，加工不易。《基于堆叠式介质集成波导的小型化双频带通滤波器》(申请号：201510512360.4)的中国专利中介绍了利用3块介质基板堆叠构成的小型化双频带通滤波器，该滤波器依靠垂直堆叠的3个SIW谐振腔的基模和第一个高次模，通过中间介质层上的耦合缝隙，分别得到了第一通带和第二通带，虽然整个滤波器在平面尺寸上显得较小，但是3层介质基板的加工成本较高，并且滤波器的两个通带之间没有传输零点，隔离度不是很高。Single-and dual-band bandpass filters usinga single perturbed SIW circular cavity(DOI:10.1109/LMWC.2019.2893379)一文中提出一种利用单个微扰SIW圆形腔体实现的双通带滤波器，通过微扰结构，基模和第一个高次模能形成第一通带，而第二个高次模和第三个高次模形成第二个通带，整个滤波器只用了单个腔体，体积很小，但是在上金属层刻蚀的微扰缝隙导致滤波器的两个通带内的插入损耗比较大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种空气填充SIW双通带滤波器及其优化方法，其中通过对滤波器器件关键的内部构造及细节结构设置等进行改进，与现有技术相比，本发明中基于空气填充SIW谐振腔的双通带滤波器，采用单谐振腔结构，具有两个双模工作的通带，三个传输零点，通带内插入损耗低，易于加工等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，包括自下而上叠加设置的下金属层(1)、中间基板介质层(2)及上金属层(3)，所述上金属层(3)包含有输入耦合结构和输出耦合结构，所述下金属层(1)、所述中间基板介质层(2)和所述上金属层(3)之间通过金属通孔阵列(8)贯穿连接，这些金属通孔阵列(8)的孔壁均被金属材料完全填充；并且，该金属通孔阵列(8)中的各个金属通孔在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影中心按长方形的四条边分布，其中未被这些金属通孔阵列(8)投影覆盖的长方形长度边上的缺口则对应输入耦合开窗和输出耦合开窗，用于与所述输入耦合结构和所述输出耦合结构两者在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影相连接，从而使被这些金属通孔阵列(8)包围形成的上金属层部分区域分别与所述输入耦合结构和所述输出耦合结构连接；

同时，记所述长方形的中心为器件中心点，则所述输入耦合结构和所述输出耦合结构两者在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影关于该器件中心点中心对称；所述金属通孔阵列(8)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影也关于该器件中心点中心对称；

并且，在被所述金属通孔阵列(8)包围形成的区域内还设置有4n个微扰金属化过孔(9)，n为大于等于1的自然数，这些微扰金属化过孔(9)同时贯穿所述下金属层(1)、所述中间基板介质层(2)和所述上金属层(3)，且这些微扰金属化过孔(9)的孔壁均被金属材料完全填充；这4n个微扰金属化过孔(9)以n个微扰金属化过孔(9)为一组，每一组中的各个微扰金属化过孔(9)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影同样关于所述器件中心点中心对称；

在被所述金属通孔阵列(8)包围形成的区域内还设置有空气盒子(7)，该空气盒子(7)是由所述中间基板介质层(2)镂空然后密封形成的，所述空气盒子(7)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影呈矩形，该矩形形状的中心与所述器件中心点重合，并且，该矩形的边平行于所述长方形的边，该矩形形状与所述4n个微扰金属化过孔(9)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影不重合；被所述金属通孔阵列(8)包围形成的区域与所述空气盒子(7)、所述4n个微扰金属化过孔(9)由此配合构成空气填充SIW谐振腔结构；

此外，所述输入耦合结构和所述输出耦合结构中的任意一者，均包括50欧姆微带线(4)，以及用于将该50欧姆微带线(4)与所述谐振腔结构相连接的微带渐变线过渡结构(5)；所述微带渐变线过渡结构(5)还用于实现所述50欧姆微带线(4)与所述谐振腔结构之间的阻抗匹配，由此在基片上集成波导形成空气填充SIW双通带滤波器。

作为本发明的进一步优选，n＝1，记所述长方形的宽度为W，任意一个所述微扰金属化过孔(9)的投影中心距离最近的所述长方形的长的距离为b1，则b1＝W/4。

作为本发明的进一步优选，所述微带渐变线过渡结构(5)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影在由所述50欧姆微带线(4)一端指向所述谐振腔结构的另一端的方向上呈宽度不断变宽的过渡形状。

作为本发明的进一步优选，所述金属通孔阵列(8)中的各个金属通孔在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影均呈圆形，所述4n个微扰金属化过孔(9)中的各个微扰金属化过孔(9)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影也均呈圆形。

作为本发明的进一步优选，所述金属通孔的圆形投影与所述微扰金属化过孔(9)的圆形投影两者直径相等。

作为本发明的进一步优选，所述中间基板介质层(2)的相对介电常数为10.2，厚度为1.27mm，介质损耗角正切为0.001；

所述长方形的长度L为54.6mm，宽度W为21.2mm；所述矩形在平行于所述长方形长度方向上的边长L1为17.3mm，在平行于所述长方形宽度方向上的边长W1为19.0mm；所述金属通孔的圆形投影的直径d为0.87mm，相邻两个所述金属通孔的投影中心间距p为1.7mm；所述微扰金属化过孔(9)的圆形投影中心距离最近的所述长方形的宽的距离a1为9.7mm，距离最近的所述长方形的长的距离b1为5.3mm；

任意一个所述微带渐变线过渡结构(5)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影为等腰梯形；该等腰梯形的高度方向与相连的所述50欧姆微带线(4)的长度方向两者重合，且该50欧姆微带线(4)的宽度与该等腰梯形的上底边长相等，均等于1.21mm；所述等腰梯形的下底边长b为4.3mm，该等腰梯形的高度c为6.0mm；该等腰梯形上底边中点与下底边中点的连线距所述器件中心点的距离f为8.3mm；

此外，所述长方形上任意一个所述缺口的长度e为10.0mm。

作为本发明的进一步优选，所述空气盒子(7)通过铜片密封。

按照本发明的另一方面，本发明提供了优化上述空气填充SIW双通带滤波器的方法，其特征在于，该方法基于上述空气填充SIW双通带滤波器，包括第二通带与第一通带的中心频率的比值的优化或滤波器工作频率的优化；其中，

所述第二通带与第一通带的中心频率的比值的优化具体是，通过移动4n个微扰金属化过孔，调节第二通带与第一通带的中心频率的比值；

所述滤波器工作频率的优化具体是，通过调整由金属通孔阵列围成的长方形的长度L、宽度W，空气盒子在平行于长方形长度方向上的边长L1、在平行于长方形宽度方向上的边长W1，微扰金属化过孔的圆形投影的直径，金属通孔的圆形投影的直径、相邻两个金属通孔的投影中心间距p，微扰金属化过孔的圆形投影中心距离最近的长方形的宽的距离a1、距离最近的长方形的长的距离b1，经过该投影形状中心且平行于长方形宽度方向的直线距器件中心点的距离f，微带渐变线过渡结构在中间基板介质层所在平面上的投影形状的最大宽度b、高度c，以及输入/输出耦合开窗的宽度e，进而调整工作频率。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明使用的空气填充SIW结构属于4模工作的谐振腔，通过使用简并的TE₁₀₂的偶模和奇模来构造第一个通带，使用简并的TE₁₀₄的偶模和奇模来构造第二个通带，能够得到两个双模工作的通带(TE102、TE104中，1均指的是宽度方向，即W方向；2和4均指的是长度方向，即L方向))，这种双模工作的通带具有二阶滤波器的特性，有效减少了腔体的使用个数；由于在输入和输出端口之间，信号能通过TE102的奇偶模和TE104的奇偶模传输，本发明的滤波器具有多路径传输特性，能够在阻带产生了三个传输零点，实现良好的带外抑制；本发明通过引入4n个微扰金属化过孔，使得滤波器的两个通带中心频率的比值能够调节；本发明滤波器采用封闭的谐振腔结构，因此辐射损耗很低，整个滤波器的插入损耗很低。

本发明中，整个空气填充SIW双通带滤波器包括一对输入输出耦合结构和一个空气填充SIW谐振腔，其中所述的输入输出耦合结构由50欧姆微带线和微带渐变线级联构成，所述空气填充SIW谐振腔由SIW腔和空气盒子以及4n个微扰金属化过孔构成，所述空气盒子由空气填充区域和覆盖空气填充区域的上下两块铜片构成。4n个微扰金属化过孔，用于对模式进行扰动，可以用于调节工作模式的谐振频率；输入输出耦合结构关于整个滤波器的中点中心对称，以便激励空气填充SIW谐振腔中的多个模式。

本发明通过使用特定组成及细节结构的空气填充SIW谐振腔结构，利用第一个模式和第二个模式的相近的频率构造了第一个通带，第三个模式和第四个模式的接近的频率，构造了第二个通带，可通过移动微扰金属通孔组的位置，并设定特定的位置及尺寸关系，将两个通带的中心频率调节到3.5GHz和4.9GHz。由于该滤波器具有多路径传输特性，因此得到了3个传输零点，得到了良好的带外抑制。

考虑到空气填充SIW谐振腔可能存在的杂波干扰问题，即，第五和六个模式的谐振频率比较接近第三和四个模式的谐振频率，因为第五和六个谐振模式不能用来构造通带，因此它们可能会作为杂波干扰第二个通带的性能；鉴于此，本发明通过在空气填充SIW谐振腔中设置四个微扰金属化过孔(当然，也可以是4的倍数个的微扰金属化过孔)，能够消除杂波的影响；并且，通过优选微扰金属化过孔的位置排布，使TE202的电场最强处得以消除(以4个微扰金属化过孔为例，任意一个微扰金属化过孔其投影中心距离金属通孔阵列中各个金属通孔投影中心围成的长方形长的距离b1满足b1＝W/4，其中，W为金属通孔阵列中各个金属通孔投影中心围成的长方形的宽)，能够进一步消除杂波的影响。

附图说明

图1是第一通带的两个工作模式的电场分布；图1中的(a)、(b)分别对应本发明空气填充SIW双通带滤波器整体的第一个模式、第二个模式。

图2是第二通带的两个工作模式的电场分布；图2中的(a)、(b)分别对应本发明空气填充SIW双通带滤波器整体的第三个模式、第四个模式。

图3是PCB板的结构示意图。

图4是本发明空气填充SIW双通带滤波器的结构示意图。

图5是原始的空气填充SIW谐振腔及其等效模型示意图；图5中的(a)、(b)分别为原始的空气填充SIW谐振腔、等效的常规SIW谐振腔。

图6是TE₂₀₂的电场分布图；图6中的(a)、(b)分别为TE₂₀₂的偶模、奇模。

图7是本发明空气填充SIW双通带滤波器的尺寸参数图。

图8是本发明实施例缩放尺寸后得到的空气填充SIW双通带滤波器的仿真及实物的散射参数曲线图。

图中各附图标记的含义如下：1为下金属层，2为中间基板介质层，3为上金属层，4为50欧姆微带线，5为微带渐变线过渡结构(即，微带渐变线)，6为SIW腔体，7为空气盒子，8为金属通孔阵列，9为微扰金属化过孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中的空气填充SIW双通带滤波器，可采用一块长方体状PCB板制备而成，PCB板分为上金属层，中间介质层和下金属层。具体处理过程可以如下：首先，在仿真时，可按照SIW谐振腔的尺寸，在PCB板上加工贯穿中间介质层连接上下金属层的金属化过孔阵列，围成一个方形SIW谐振腔；然后把SIW谐振腔的中心区域处的基板材料去掉，形成一部分空气填充区域(空气填充区域的中心与SIW谐振腔的中心在方形平面上的投影相重合)，因为上下金属层的一部分随着基板材料一起去掉了，需要把两块铜片固定在上下金属层原先空气填充区域占据的位置，对空气填充区域进行封闭，形成一个空气盒子，得到了一个空气填充SIW谐振腔；再在腔体中引入四个微扰金属化过孔，对模式进行扰动，可以用于调节工作模式的谐振频率；最后，在上金属层，刻蚀一对微带渐变线，作为过渡结构，其一端连接50欧姆微带线，另一端连接空气填充SIW谐振腔，构成滤波器的输入输出耦合结构。当然，输入输出耦合结构与腔体相连处的金属化过孔在正式仿真前需要删除掉(即还原成初始的PCB板层结构)，得到输入输出耦合开窗结构。整个空气填充SIW双通带滤波器包括一对输入输出耦合结构和一个空气填充SIW谐振腔，其中所述的输入输出耦合结构由50欧姆微带线和微带渐变线级联构成，所述空气填充SIW谐振腔由SIW腔和空气盒子以及4个微扰金属化过孔构成，所述空气盒子由空气填充区域和覆盖空气填充区域的上下两块铜片构成。

所述的输入输出耦合结构关于整个滤波器的中点中心对称，以便激励空气填充SIW谐振腔中的多个模式；通过移动四个微扰金属化过孔，调节第二通带与第一通带的中心频率的比值；将整个滤波器的尺寸进行缩放，调整到理想的工作频率。

本发明双通带滤波器的设计目标为：工作中心频率分别为3.5GHz和4.9GHz，插入损耗小于1.5dB，回波损耗小于-20dB的双通带滤波器。

本发明中基于空气填充SIW谐振腔的双通带滤波器，以采用相对介电常数为10.2，厚度为1.27mm，介质损耗角正切为0.001的PCB板作为介质基板为例，具体结构如下：

采用的介质基板如图3所示，所述介质基板包括下金属层1，中间基板介质层2，上金属层3。

滤波器的结构如图4所示，整个滤波器主要包括输入输出耦合结构和空气填充SIW谐振腔两部分。

输入输出耦合结构包含50欧姆微带线4、以及与该50欧姆微带线4相连的微带渐变线过渡结构5，整个输入输出耦合结构可以通过在上金属层3刻蚀形成。50欧姆微带线4的一端连接馈电源，另一端连接微带渐变线过渡结构5；微带渐变线过渡结构5作为阻抗变换结构，能够很好地实现50欧姆阻抗4与谐振腔结构的阻抗的阻抗匹配。微带渐变线过渡结构5其中一端连接50欧姆微带线4，另一端连接空气填充SIW谐振腔。输入耦合结构与输出耦合结构关于滤波器的上金属层3的中点中心对称，能够很好的激励谐振腔中的多个工作模式，并且中心对称分布的输入输出耦合结构能够形成多条传输路径，产生三个传输零点。此外，50欧姆微带线4的宽度可固定为1.21mm。

所述空气填充SIW谐振腔包含SIW腔体6和空气盒子7以及4个微扰金属化过孔9，其中SIW腔体6由金属通孔阵列8形成的金属边界构成；空气盒子由挖去滤波器中心区域的介质基板留下的空气和用于封闭空气填充区域的上下两块铜片组成，两块铜片用导电胶粘在介质基板的上下金属层上；4个微扰金属化过孔关于滤波器的中点中心对称。

上述空气盒子7以及4个微扰金属化过孔9具有如下功能：如图1所示，通过引入空气填充区域，所述谐振腔的第一个模式和第二个模式具有相近的谐振波长，形成第一个通带；如图2所示，在空气盒子的作用下，所述谐振腔的第三个模式和第四个模式的谐振波长变得接近，形成第二个通带。如图1所示，第一个通带的谐振波长主要分布于微扰金属化过孔9和空气盒子7之间，当微扰金属化过孔9向空气盒子7靠近时，第一通带的谐振波长变短，谐振频率升高；如图2所示，第二个通带的谐振波长主要分布在构成SIW谐振腔边界的金属通孔8的孔壁和微扰金属化过孔9之间，当微扰金属化过孔9向空气盒子7靠近时，第二通带的谐振波长变长，谐振频率降低。因此，可以通过移动微扰金属化过孔9的位置来调节两个通带的中心频率的比值。

本发明采用的空气填充SIW谐振腔的结构说明如下：如图5所示，是原始的空气填充SIW谐振腔，本发明所使用的谐振腔是在原始的空气填充SIW谐振腔中引入微扰金属化过孔得到。如图5所示，所述原始的空气填充SIW谐振腔等效为常规的SIW谐振腔模型，这里的等效是将空气盒子等效为介质基板材料，空气盒子两侧的介质基板保持不变。根据波在不同介质中谐振波长的计算公式其中λ是谐振波长，c是真空中光速，f是谐振频率，ε_r是介质的相对介电常数。空气的相对介电常数为1，介质基板的相对介电常数为10.2，因此，替换空气盒子区域的介质基板的长度最终，得到了一个与空气填充SIW谐振腔等效的长为宽为W的常规SIW谐振腔。而常规SIW谐振腔的尺寸与谐振频率的计算公式为 其中W_RWG和L_RWG分别是等效的矩形波导的宽度和长度。根据第一个通带的谐振频率和以上计算尺寸的公式，求解得到空气填充SIW谐振腔的初始尺寸为L＝50.4mm，W＝19.6mm，L1＝16mm，W1＝17.6mm。

所述原始空气填充SIW谐振腔存在的问题是：TE202与TE104的谐振频率比较接近，而TE202不作为工作频率参与通带的构造，因此会作为杂散模式干扰第二个通带的性能。TE202的电场分布如图6所示。优选通过在TE202的电场最强处引入金属化通孔，可以消除TE202对第二通带的影响。从TE202的电场分布可以看出，引入的金属化通孔的位置最优选限制为b1＝W/4。

本发明设计的双通带滤波器的尺寸参数的确定包含以下步骤：如图7所示，空气填充SIW谐振腔的初始尺寸为SIW谐振腔长L＝50.4mm，宽W＝19.6mm，空气填充区域长L1＝16mm，宽W1＝17.6mm，金属化过孔(包括金属通孔阵列8和微扰金属化过孔9)直径都一样d＝0.8mm，金属通孔阵列8中相邻金属化过孔间距p＝1.6mm(相邻两个金属化过孔中心之间的间距)，调节微扰金属化过孔的位置，当a1＝9mm，b1＝4.9mm时(其中，a1、b1分别为微扰金属化过孔中心距金属通孔阵列中心点沿长度方向、宽度方向连线的最近距离)，第一通带中心频率位于3.79GHz，第二通带位于5.31GHz，实现了5.31/3.79＝4.9/3.5＝1.4的通带比(其中，4.9即对应4.8-5GHz的中间值4.9GHz，3.5即对应3.4-3.6GHz的中间值3.5GHz)。再调节输入输出耦合强度，当输入匹配时微带渐变线与谐振腔相连的一端的宽度为b＝4mm，微带渐变线长c＝5.6mm(该微带渐变线过渡结构的末端的连线与圆形金属通孔相切，微带渐变线长即末端连线与50欧姆微带线末端之间的间距)，输入耦合开窗宽度e＝9.28mm(即，分别位于微带渐变线过渡结构末端两侧的、且间距最小的两个金属通孔中心之间的距离)，输入耦合结构与滤波器中点的偏移量f＝7.7mm时，此时通带内回波损耗低于-20dB，实现了输入匹配。

基于本发明，可以将整个滤波器的尺寸进行缩放，调整工作频率。具体说来的话，最后，将滤波器整体尺寸放大3.79/3.5＝1.083倍时(即，除了上金属层、下金属层、中间基质基板的厚度参数，50欧姆微带线的宽度a保持不变外，其它尺寸均需要乘以1.083)，就得到了工作在3.5GHz和4.9GHz的双通带滤波器。本发明的滤波器的散射参数曲线如图8所示，可以看到滤波器的第一通带的插入损耗为0.75dB，第二通带内插入损耗为1.3dB，而且回波损耗都小于-20dB。此外，在频率响应曲线中还看到了三个传输零点，零点的产生和多条信号传输路径有关，从输入端开始，信号流经50欧姆微带线，微带渐变线，在空气填充SIW谐振腔中同时激励起第一个模式和第二个模式，由于这两个模式在输出端口的信号的大小大致相同，相位相差180度，因此不仅在第一通带内产生两个谐振点，在第一通带的上阻带还会产生一个传输零点，信号流经输入-谐振腔-输出路径，也会产生一个传输零点，同样的，在谐振腔中激励起第三个模式和第四个模式，也在第二通带内产生两个谐振点以及第二通带的上阻带产生一个传输零点。

工作原理：本发明通过使用空气填充SIW谐振腔结构，利用第一个模式和第二个模式的相近的频率构造了第一个通带，第三个模式和第四个模式的接近的频率，构造了第二个通带，通过移动微扰金属通孔组的位置，将两个通带的中心频率调节到3.5GHz和4.9GHz。由于所述滤波器具有多路径传输特性，因此得到了3个传输零点，得到了良好的带外抑制。

上述实施例仅为了简化优化过程，因为将微带渐变线过渡结构设置成了投影为等腰梯形的微带渐变线过渡结构；当然，微带渐变线5除了等腰梯形外，还可以是其他过渡形状，只要其呈现出宽度不断变大的结构即可，如投影为直角梯形，边缘为曲线的喇叭状形状等；此时，f可以定义为经过微带线中心且平行于W的直线与腔体中心的间距。4个微扰金属化过孔的设置是为了简化优化过程，还可以是其他4个倍数个的微扰金属化过孔，这些微扰金属化过孔均可以与TE202的电场最强处相对应，用于消除TE202对第二通带的影响；另外，4个微扰金属化过孔的直径也是为了简化优化过程，将它们设置成了与金属通孔阵列中通孔相同的直径，当然，两者也可以采用不同的直径。此外，空气盒子7除了用铜片密封外，也可以采用其他导电性良好的金属材料。本发明中，TEm0n(m、n均为自然数)，m和n分别是TE_mon在SIW谐振腔宽边(即W方向)和长边(即L方向)上电场强度峰值(标量)出现的次数。

除了上述实施例所采用的PCB板外，也可以选择其他规格的介质基板来设计滤波器，此时滤波器的尺寸参数要做相应的改变。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，包括自下而上叠加设置的下金属层(1)、中间基板介质层(2)及上金属层(3)，所述上金属层(3)包含有输入耦合结构和输出耦合结构，所述下金属层(1)、所述中间基板介质层(2)和所述上金属层(3)之间通过金属通孔阵列(8)贯穿连接，这些金属通孔阵列(8)的孔壁均被金属材料完全填充；并且，该金属通孔阵列(8)中的各个金属通孔在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影中心按长方形的四条边分布，其中未被这些金属通孔阵列(8)投影覆盖的长方形长度边上的缺口则对应输入耦合开窗和输出耦合开窗，用于与所述输入耦合结构和所述输出耦合结构两者在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影相连接，从而使被这些金属通孔阵列(8)包围形成的上金属层部分区域分别与所述输入耦合结构和所述输出耦合结构连接；

同时，记所述长方形的中心为器件中心点，则所述输入耦合结构和所述输出耦合结构两者在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影关于该器件中心点中心对称；所述金属通孔阵列(8)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影也关于该器件中心点中心对称；

并且，在被所述金属通孔阵列(8)包围形成的区域内还设置有4n个微扰金属化过孔(9)，n为大于等于1的自然数，这些微扰金属化过孔(9)同时贯穿所述下金属层(1)、所述中间基板介质层(2)和所述上金属层(3)，且这些微扰金属化过孔(9)的孔壁均被金属材料完全填充；这4n个微扰金属化过孔(9)以n个微扰金属化过孔(9)为一组，每一组中的各个微扰金属化过孔(9)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影同样关于所述器件中心点中心对称；

在被所述金属通孔阵列(8)包围形成的区域内还设置有空气盒子(7)，该空气盒子(7)是由所述中间基板介质层(2)镂空然后密封形成的，所述空气盒子(7)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影呈矩形，该矩形形状的中心与所述器件中心点重合，并且，该矩形的边平行于所述长方形的边，该矩形形状与所述4n个微扰金属化过孔(9)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影不重合；被所述金属通孔阵列(8)包围形成的区域与所述空气盒子(7)、所述4n个微扰金属化过孔(9)由此配合构成空气填充SIW谐振腔结构；

此外，所述输入耦合结构和所述输出耦合结构中的任意一者，均包括50欧姆微带线(4)，以及用于将该50欧姆微带线(4)与所述谐振腔结构相连接的微带渐变线过渡结构(5)；所述微带渐变线过渡结构(5)还用于实现所述50欧姆微带线(4)与所述谐振腔结构之间的阻抗匹配，由此在基片上集成波导形成空气填充SIW双通带滤波器。

2.如权利要求1所述空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，n＝1，记所述长方形的宽度为W，任意一个所述微扰金属化过孔(9)的投影中心距离最近的所述长方形的长的距离为b1，则b1＝W/4。

3.如权利要求1或2所述空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，所述微带渐变线过渡结构(5)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影在由所述50欧姆微带线(4)一端指向所述谐振腔结构的另一端的方向上呈宽度不断变宽的过渡形状。

4.如权利要求1至3任意一项所述空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，所述金属通孔阵列(8)中的各个金属通孔在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影均呈圆形，所述4n个微扰金属化过孔(9)中的各个微扰金属化过孔(9)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影也均呈圆形。

5.如权利要求4所述空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，所述金属通孔的圆形投影与所述微扰金属化过孔(9)的圆形投影两者直径相等。

6.如权利要求5所述空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，n＝1；

所述中间基板介质层(2)的相对介电常数为10.2，厚度为1.27mm，介质损耗角正切为0.001；

所述长方形的长度L为54.6mm，宽度W为21.2mm；所述矩形在平行于所述长方形长度方向上的边长L1为17.3mm，在平行于所述长方形宽度方向上的边长W1为19.0mm；所述金属通孔的圆形投影的直径d为0.87mm，相邻两个所述金属通孔的投影中心间距p为1.7mm；所述微扰金属化过孔(9)的圆形投影中心距离最近的所述长方形的宽的距离a1为9.7mm，距离最近的所述长方形的长的距离b1为5.3mm；

任意一个所述微带渐变线过渡结构(5)在所述中间基板介质层(2)所在平面上的投影为等腰梯形；该等腰梯形的高度方向与相连的所述50欧姆微带线(4)的长度方向两者重合，且该50欧姆微带线(4)的宽度与该等腰梯形的上底边长相等，均等于1.21mm；所述等腰梯形的下底边长b为4.3mm，该等腰梯形的高度c为6.0mm；该等腰梯形上底边中点与下底边中点的连线距所述器件中心点的距离f为8.3mm；

此外，所述长方形上任意一个所述缺口的长度e为10.0mm。

7.如权利要求1所述空气填充SIW双通带滤波器，其特征在于，所述空气盒子(7)通过铜片密封。

8.优化如权利要求1－7任意一项所述空气填充SIW双通带滤波器的方法，其特征在于，该方法基于上述空气填充SIW双通带滤波器，包括第二通带与第一通带的中心频率的比值的优化或滤波器工作频率的优化；其中，

所述第二通带与第一通带的中心频率的比值的优化具体是，通过移动4n个微扰金属化过孔，调节第二通带与第一通带的中心频率的比值；

所述滤波器工作频率的优化具体是，通过调整由金属通孔阵列围成的长方形的长度L、宽度W，空气盒子在平行于长方形长度方向上的边长L1、在平行于长方形宽度方向上的边长W1，微扰金属化过孔的圆形投影的直径，金属通孔的圆形投影的直径、相邻两个金属通孔的投影中心间距p，微扰金属化过孔的圆形投影中心距离最近的长方形的宽的距离a1、距离最近的长方形的长的距离b1，经过该投影形状中心且平行于长方形宽度方向的直线距器件中心点的距离f，微带渐变线过渡结构在中间基板介质层所在平面上的投影形状的最大宽度b、高度c，以及输入/输出耦合开窗的宽度e，进而调整工作频率。