CN113381140A - 一种基于单扰动一腔多模siw的平衡带通滤波器 - Google Patents

一种基于单扰动一腔多模siw的平衡带通滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，包括介质基板，所述介质基板上表面设有金属层，所述介质基板下表面设有金属接地板，所述介质基板上分别设有输入端口馈线和输出端口馈线，所述金属层边界设有一圈金属化通孔构成SIW谐振腔，SIW谐振腔中设有中间金属微扰通孔、金属微扰通孔组和端口金属微扰通孔。该平衡带通滤波器体积小，结构紧凑，实现了小型化的性能，利用金属微扰通孔的扰动引起TE201模式和TE401模式的偏移，使它们更靠近TE202模式和TE402模式，并分别形成两个通带，实现了差模传输和带内的高共模抑制。

Description

一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种结构紧凑，性能高的基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器。
背景技术
基片集成波导(SIW，Substrate Integrated Waveguide)技术是近年来提出的一种平面波导技术，它继承了波导的损耗低、品质因数高、功率容量大等优点，同时也集合了微带的低剖面、尺寸小、易于与其他平面电路集成等优点。平衡电路由于其抗噪声、低电磁干扰等优点在现代无线通信系统中越来越流行，在利用这些优势的过程中，学者们对于一些新颖的SIW平衡带通滤波器的共模抑制方面进行了研究，受到广泛关注。
文献1(P.Chu et al.,“Balanced Substrate Integrated Waveguide Filter,”IEEE Trans.Microw.Theory Techn.,2014,pp.824-831.)基于SIW固有的水平和垂直对称性，设计了一个高共模抑制SIW平衡带通滤波器，它受到对称拓扑的限制，因而尺寸太大。
文献2(M.Ho and C.Li,“Novel Balanced Bandpass Filters Using SubstrateIntegrated Half-Mode Waveguide,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,2013,pp.78-80.)为了减小尺寸，提出了使用具有微带到槽转移的半模SIW平衡带通滤波器的方法，但采用了多层结构。
文献3(P.Li,H.Chu and R.Chen,“Design of Compact Bandpass Filters UsingQuarter-Mode and Eighth-Mode SIW Cavities,”IEEE Trans.Compon.,Packag.,Manuf.Technol.2017,pp.956-963.)采用四分之一模SIW谐振器设计的SIW平衡带通滤波器能够进一步减小尺寸，结构也是单层的，然而插入损耗很大。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑，高性能的基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器。
为了解决上述问题本发明公开一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器。包括四边形介质基板，所述介质基板下表面设有金属接地板，介质基板上表面设有金属层、第一输入端口馈线、第二输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线，所述金属层位于介质基板中心；所述第一输入端口馈线和第二输入端口馈线位于介质基板垂直中轴线AA’的一侧，一端与介质基板的边缘连接，另一端与金属层连接；所述第一输出端口馈线和第二输出端口馈线位于介质基板垂直中轴线AA’的另一侧，一端与介质基板的边缘连接，另一端与金属层连接；
所述金属层边界设有一圈金属化通孔构成SIW谐振腔，所述金属化通孔贯穿金属层、介质基板和金属接地板；所述SIW谐振腔中设有中央金属微扰通孔、金属微扰通孔组和端口金属微扰通孔，所有通孔均贯穿金属层、介质基板和金属接地板；所述中央金属微扰通孔位于SIW谐振腔的中心，所述金属微扰通孔组位于介质基板垂直中轴线AA’上并关于中央金属微扰通孔对称，所述端口金属微扰通孔分布于金属微扰通孔组两侧。
在一种实现方式中，所述第一输入端口馈线包括第一输入50欧姆微带线导带，所述第一输入50欧姆微带线导带的一端与介质基板的边缘连接形成第一输入端，另一端与SIW谐振腔连接，另一端两侧与SIW谐振腔存在间隙形成第一SIW共面波导转换结构；
所述第二输入端口馈线包括第二输入50欧姆微带线导带，所述第二输入50欧姆微带线导带的一端与介质基板的边缘连接形成第二输入端，另一端与SIW谐振腔连接，另一端两侧与SIW谐振腔存在间隙形成第一SIW共面波导转换结构；
所述第一输入端和第二输入端位于介质基板的平行两边的一侧。
上述两个输入端口馈线设计于介质基板平行两边的一侧，能够实现信号的差模传输，第一SIW共面波导转换结构用来连接输入端口与SIW腔体，用来实现输入端口匹配；其次，通过将两个输入端口设置在介质基板平行两边的一侧，不仅可以实现对TE201，TE202，TE401以及TE402模式的激励，而且可以实现对中间其他模式(TE103，TE104，TE301，TE302，TE203模式)的抑制，并因此在两个通带之间得到宽带抑制。如果将输入端口放置在介质基板的对角线处，那么很大程度上会产生对TE301和TE302模式的激励，会在两个通带间造成杂散谐波，因此只能将输入端口设置在介质基板的平行两边的一侧。
在一种实现方式中，所述第一输出端口馈线包括第一输出50欧姆微带线导带，所述第一输出50欧姆微带线导带的一端与介质基板的边缘连接形成第一输出端，另一端与SIW谐振腔连接，另一端两侧与SIW谐振腔存在间隙形成第二SIW共面波导转换结构；
所述第二输出端口馈线包括第二输出50欧姆微带线导带，所述第二输出50欧姆微带线导带的一端与介质基板的边缘连接形成第二输出端，另一端与SIW谐振腔连接，另一端两侧与SIW谐振腔存在间隙形成第二SIW共面波导转换结构；
所述第一输出端和第二输出端位于介质基板的平行两边的另一侧。
上述两个输出端口馈线设计于介质基板平行两边的另一侧，同样的，能够实现信号的差模传输，第二SIW共面波导转换结构用来连接输出端口与SIW腔体，用来实现输出端口匹配；其次，通过将两个输出端口设置在介质基板平行两边的一侧，同样不仅可以实现对TE201，TE202，TE401以及TE402模式的激励，而且可以实现对中间其他模式(TE103，TE104，TE301，TE302，TE203模式)的抑制，并因此在两个通带之间得到宽带抑制。如果将输出端口放置在介质基板的对角线处，那么很大程度上会产生对TE301和TE302模式的激励，会在两个通带之间造成杂散谐波，因此只能将输出端口设置在介质基板的平行两边的另一侧。
在一种实现方式中，所述SIW谐振腔呈王字形，SIW谐振腔的宽度为a，高度为b；所述第一输入端口馈线呈L形，与介质基板连接一端的宽度为wms，与SIW谐振腔连接一端的宽度为wms4；第一SIW共面波导转换结构中第一输入端口馈线两侧与SIW谐振腔之间间隙的宽度为ws3，第一输入端口馈线和SIW谐振腔连接处与SIW谐振腔边界的水平距离为ls3；第一输入端口馈线和SIW谐振腔连接处与介质基板的水平中轴线BB’的垂直距离为dx；第一输入端口馈线和介质基板连接处与SIW谐振腔边界的水平距离为lms；第二输入端口馈线和第一输入端口馈线关于介质基板的水平中轴线BB’对称。
SIW谐振腔呈王字形、两个输入端口馈线为对称L形，使水平馈线部分布置于SIW谐振腔垂直中轴线同一侧的间隙处从而形成第一SIW共面波导转换结构，由于所利用模式的电场分布的对称性，输入端口对称地设置在介质基板平行两边的一侧，这样的设计可以最大程度地实现对TE201，TE202，TE401以及TE402模式的激励，而且可以实现对中间其他模式(TE103，TE104，TE301，TE302，TE203模式)更有效地抑制，并因此在两个通带之间得到宽带抑制。如果将输入端口放置在介质基板的对角线处，那么很大程度上会产生对TE301和TE302模式的激励，会在两个通带之间造成杂散谐波。
在一种实现方式中，所述第一输出端口馈线呈L形，与介质基板连接一端的宽度为wms，与SIW谐振腔连接一端的宽度为wms5；第二SIW共面波导转换结构中第一输出端口馈线和SIW谐振腔之间间隙的宽度为ws2，第一输出端口馈线和SIW谐振腔连接处与SIW谐振腔边界的水平距离为ls2；第一输出端口馈线和SIW谐振腔连接处与介质基板的水平中轴线BB’的垂直距离为dx1；第一输出端口馈线和介质基板连接处与SIW谐振腔边界的水平距离为lms1；第二输出端口馈线和第一输出端口馈线关于介质基板的水平中轴线BB’对称。
两个输出端口馈线为对称L形，使水平馈线部分布置于SIW谐振腔垂直中轴线同一侧的间隙处从而形成第二SIW共面波导转换结构，由于所利用模式的电场分布的对称性，输出端口对称地设置在介质基板平行两边的另一侧，这样的设计可以最大程度地实现对TE201，TE202，TE401以及TE402模式的激励，而且可以实现对中间其他模式(TE103，TE104，TE301，TE302，TE203模式)更有效地抑制，并因此在两个通带之间得到宽带抑制。如果将输出端口放置在介质基板的对角线处，那么很大程度上会产生对TE301和TE302模式的激励，会在两个通带之间造成杂散谐波。
在一种实现方式中，所述金属微扰通孔组包括第一金属微扰通孔组和第二金属微扰通孔组，所述第一金属微扰通孔组位于中央金属微扰通孔的一侧，第二金属微扰通孔组位于中央金属微扰通孔的另一侧。
设置两组金属微扰通孔组，能够控制和调节所述平衡带通滤波器的带宽和中心频率，由于方腔中SIW模式电场分布具有对称性，所设金属微扰通孔组成对称地设置能够保证模式电场分布受到的干扰也是对称的，使输出端口处所获取的能量也是对称的。
在一种实现方式中，所述第一金属微扰通孔组包含三个金属微扰通孔，与中央金属微扰通孔的距离由近到远依次为第一金属微扰通孔、第二金属微扰通孔和第三金属微扰通孔，第一金属微扰通孔与中央金属微扰通孔之间的距离为la，第一金属微扰通孔和第二金属微扰通孔之间的距离为lb，第二金属微扰通孔和第三金属微扰通孔之间的距离为lc；
所述第二金属微扰通孔组包含三个金属微扰通孔，与中央金属微扰通孔的距离由近到远依次为第四金属微扰通孔、第五金属微扰通孔和第六金属微扰通孔，第四金属微扰通孔与中央金属微扰通孔之间的距离为la，第四金属微扰通孔和第五金属微扰通孔之间的距离为lb，第五金属微扰通孔和第六金属微扰通孔之间的距离为lc。
为了保证恰当的干扰强度，要保证“一腔多模”形式存在，而不是被设置为两个相同大小的腔，并且完成灵活的带宽控制，每组金属微扰通孔组均设置三个金属微扰通孔，能够更好地控制和调节所述平衡带通滤波器的带宽和中心频率的大小，lb越大通带越窄，中心频率越大。
在一种实现方式中，所述端口金属微扰通孔包括第一端口金属微扰通孔、第二端口金属微扰通孔、第三端口金属微扰通孔和第四端口金属微扰通孔，所述第一端口金属微扰通孔位于SIW谐振腔靠近第一输入端口馈线的一侧，所述第二端口金属微扰通孔位于SIW谐振腔靠近第二输入端口馈线的一侧，所述第三端口金属微扰通孔位于SIW谐振腔靠近第一输出端口馈线的一侧，所述第四端口金属微扰通孔位于SIW谐振腔靠近第二输出端口馈线的一侧。
四个端口金属微扰通孔(12-15)，能够实现所述平衡带通滤波器通带的单独控制，即能够实现单个通带的宽窄变化，而中心频率保持不变，四个端口金属微扰通孔分别位于端口一侧，是为了保证能够单独控制通带。将金属通孔合理的设置在TE401和TE402模式有很小影响的位置，但却对TE201以及TE202模式电场分布影响很大的位置，从而达到通带单独可控的效果。通过控制金属微扰通孔的位置，从而干扰前两个谐振模式，实现对第一通带带宽的可调。
在一种实现方式中，所述第一端口金属微扰通孔与介质基板的垂直中轴线AA’的垂直距离为l1，与介质基板的水平中轴线BB’的垂直距离为w1；第一端口金属微扰通孔和第二端口金属微扰通孔关于介质基板的水平中轴线BB’对称；
通过调节l1的大小能够实现所述平衡带通滤波器通带的单独控制，l1越大，所述平衡带通滤波器的一个通带中心频率能够保持不变，而通带越宽；另一个通带中心频率和通带均保持不变。
所述第三端口金属微扰通孔与介质基板的垂直中轴线AA’的垂直距离为l2，与介质基板的水平中轴线BB’的垂直距离为w2；第三端口金属微扰通孔和第四端口金属微扰通孔关于介质基板的水平中轴线BB’对称。
第三端口金属微扰通孔和第四端口金属微扰通孔的设置能够使得滤波响应效果更好。
在一种实现方式中，所述金属层边界设置的金属化通孔直径为d，金属化通孔之间的距离为p；金属微扰通孔组中所有金属微扰通孔的直径为d，所有端口金属微扰通孔的直径为d，中央金属微扰通孔的直径为R1，d<R1。通过合理地设置中央金属微扰通孔的直径能够使得滤波响应效果更好，使得回波损耗高于15dB。金属化通孔直径、所有金属微扰通孔的直径以及所有端口金属微扰通孔的直径小于中央金属微扰通孔的直径是为了保证合理的干扰强度。
有益效果：
1、本发明在制造上通过对金属层一圈打通金属化通孔及在介质基板和金属接地板中相应位置打通若干个金属化通孔，加工精度高，体积小，能够实现高频，较强抗干扰性和较高的集成度，从而形成所需的单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波电路结构，可在单个介质基板实现，结构紧凑，实现了小型化的性能。
2、通过利用金属微扰通孔的扰动引起TE201模式和TE401模式的偏移，使它们更靠近TE202模式和TE402模式，并分别形成两个通带，实现了频段更高的通带，且两个通带的频率比大于1.5，同时，金属干扰孔的合理利用也成功实现了我们对高阶模式的控制。
3、通过调整端口金属微扰通孔的距离变化，实现对模式电场模式的扰动，在中间金属孔和金属微扰通孔组同时对带宽的控制的基础上，在一定程度上实现对第一个通带带宽的单独控制，同时对中心频率没有影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是实施例1平衡带通滤波器的结构尺寸示意图。
图4是实施例1平衡带通滤波器四种谐振模式的谐振频率随距离lb变化的S参数仿真图。
图5是实施例1平衡带通滤波器通带带宽随l1变化的S参数仿真图。
图6是实施例1平衡带通滤波器的S参数仿真曲线图和实际测量曲线图。
图7是实施例1的加工实物图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
本发明实施例公开了一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，能够实现对高阶模式的控制，适用于现代无线通信系统在高频工作时，因高阶模式无法控制，造成系统失配，而恶化系统功能的场景。
实施例1：
如图1～2所示，本实施例提供了一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，四边形介质基板1，所述介质基板1下表面设有金属接地板3，介质基板1上表面设有金属层2、第一输入端口馈线4、第二输入端口馈线5、第一输出端口馈线6和第二输出端口馈线7，所述金属层2位于介质基板1中心；所述第一输入端口馈线4和第二输入端口馈线5位于介质基板1垂直中轴线AA’的一侧，一端与介质基板1的边缘连接，另一端与金属层2连接；所述第一输出端口馈线6和第二输出端口馈线7位于介质基板1垂直中轴线AA’的另一侧，一端与介质基板1的边缘连接，另一端与金属层2连接；
所述金属层2边界设有一圈金属化通孔构成SIW谐振腔8，所述金属化通孔贯穿金属层2、介质基板1和金属接地板3；所述SIW谐振腔8中设有中央金属微扰通孔9、金属微扰通孔组和端口金属微扰通孔，所有通孔均贯穿金属层2、介质基板1和金属接地板3；所述中央金属微扰通孔9位于SIW谐振腔8的中心，所述金属微扰通孔组位于介质基板1垂直中轴线AA’上并关于中央金属微扰通孔9对称，所述端口金属微扰通孔分布于金属微扰通孔组两侧。
本实施例中，所述第一输入端口馈线4包括第一输入50欧姆微带线导带31，所述第一输入50欧姆微带线导带31的一端与介质基板1的边缘连接形成第一输入端，另一端与SIW谐振腔8连接，另一端两侧与SIW谐振腔8存在间隙形成第一SIW共面波导转换结构21；
所述第二输入端口馈线5包括第二输入50欧姆微带线导带32，所述第二输入50欧姆微带线导带32的一端与介质基板1的边缘连接形成第二输入端，另一端与SIW谐振腔8连接，另一端两侧与SIW谐振腔8存在间隙形成第一SIW共面波导转换结构21；
所述第一输入端和第二输入端位于介质基板1的平行两边的一侧。
本实施例中，所述第一输出端口馈线6包括第一输出50欧姆微带线导带33，所述第一输出50欧姆微带线导带33的一端与介质基板1的边缘连接形成第一输出端，另一端与SIW谐振腔8连接，另一端两侧与SIW谐振腔8存在间隙形成第二SIW共面波导转换结构22；
所述第二输出端口馈线7包括第二输出50欧姆微带线导带34，所述第二输出50欧姆微带线导带34的一端与介质基板1的边缘连接形成第二输出端，另一端与SIW谐振腔8连接，另一端两侧与SIW谐振腔8存在间隙形成第二SIW共面波导转换结构22；
所述第一输出端和第二输出端位于介质基板1的平行两边的另一侧。
本实施例中，所述SIW谐振腔8呈王字形，SIW谐振腔8的宽度为a，高度为b；所述第一输入端口馈线4呈L形，与介质基板1连接一端的宽度为wms，与SIW谐振腔8连接一端的宽度为wms4；第一SIW共面波导转换结构21中第一输入端口馈线4两侧与SIW谐振腔8之间间隙的宽度为ws3，第一输入端口馈线4和SIW谐振腔8连接处与SIW谐振腔8边界的水平距离为ls3；第一输入端口馈线4和SIW谐振腔8连接处与介质基板1的水平中轴线BB’的垂直距离为dx；第一输入端口馈线4和介质基板1连接处与SIW谐振腔8边界的水平距离为lms；第二输入端口馈线5和第一输入端口馈线4关于介质基板1的水平中轴线BB’对称。
本实施例中，所述第一输出端口馈线6呈L形，与介质基板1连接一端的宽度为wms，与SIW谐振腔8连接一端的宽度为wms5；第二SIW共面波导转换结构22中第一输出端口馈线6和SIW谐振腔8之间间隙的宽度为ws2，第一输出端口馈线6和SIW谐振腔8连接处与SIW谐振腔8边界的水平距离为ls2；第一输出端口馈线6和SIW谐振腔8连接处与介质基板1的水平中轴线BB’的垂直距离为dx1；第一输出端口馈线6和介质基板1连接处与SIW谐振腔8边界的水平距离为lms1；第二输出端口馈线7和第一输出端口馈线6关于介质基板1的水平中轴线BB’对称。
本实施例中，所述金属微扰通孔组包括第一金属微扰通孔组10和第二金属微扰通孔组11，所述第一金属微扰通孔组10位于介质基板1垂直中轴线AA’上且靠近第一输入端口馈线4和第一输出端口馈线6的一侧，所述第一金属微扰通孔组10与中央金属微扰通孔9相邻且位于同一竖直线上；所述第二金属微扰通孔组11位于介质基板1垂直中轴线AA’上且靠近第二输入端口馈线5和第二输出端口馈线7的一侧，所述第二金属微扰通孔组11与中央金属微扰通孔9相邻且位于同一竖直线上。
本实施例中，所述第一金属微扰通孔组10包含三个金属微扰通孔，与中央金属微扰通孔9的距离由近到远依次为第一金属微扰通孔101、第二金属微扰通孔102和第三金属微扰通孔103，第一金属微扰通孔101与中央金属微扰通孔9之间的距离为la，第一金属微扰通孔101和第二金属微扰通孔102之间的距离为lb，第二金属微扰通孔102和第三金属微扰通孔103之间的距离为lc；
所述第二金属微扰通孔组11包含三个金属微扰通孔，与中央金属微扰通孔9的距离由近到远依次为第四金属微扰通孔111、第五金属微扰通孔112和第六金属微扰通孔113，第四金属微扰通孔111与中央金属微扰通孔9之间的距离为la，第四金属微扰通孔111和第五金属微扰通孔112之间的距离为lb，第五金属微扰通孔112和第六金属微扰通孔113之间的距离为lc。
本实施例中，所述端口金属微扰通孔包括第一端口金属微扰通孔12、第二端口金属微扰通孔13、第三端口金属微扰通孔14和第四端口金属微扰通孔15，所述第一端口金属微扰通孔12位于SIW谐振腔8靠近第一输入端口馈线4的一侧，所述第二端口金属微扰通孔13位于SIW谐振腔8靠近第二输入端口馈线5的一侧，所述第三端口金属微扰通孔14位于SIW谐振腔8靠近第一输出端口馈线6的一侧，所述第四端口金属微扰通孔15位于SIW谐振腔8靠近第二输出端口馈线7的一侧。
本实施例中，所述第一端口金属微扰通孔12与介质基板1的垂直中轴线AA’的垂直距离为l1，与介质基板1的水平中轴线BB’的垂直距离为w1；第一端口金属微扰通孔12和第二端口金属微扰通孔13关于介质基板1的水平中轴线BB’对称；
所述第三端口金属微扰通孔14与介质基板1的垂直中轴线AA’的垂直距离为l2，与介质基板1的水平中轴线BB’的垂直距离为w2；第三端口金属微扰通孔14和第四端口金属微扰通孔15关于介质基板1的水平中轴线BB’对称。
本实施例中，所述金属层2边界设置的金属化通孔直径为d，金属化通孔之间的距离为p；金属微扰通孔组中所有金属微扰通孔的直径为d，所有端口金属微扰通孔的直径为d，中央金属微扰通孔9的直径为R1，d<R1。
本实施例在制造上通过对金属层一圈打通金属化通孔及在介质基板和金属接地板中相应位置打通若干个金属化通孔，从而形成所需的单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波电路结构，可在单个介质基板实现，结构紧凑，实现了小型化的性能。同时，通过利用金属微扰通孔的扰动引起TE201模式和TE401模式的偏移，使它们更靠近TE202模式和TE402模式，并分别形成两个通带，实现了差模传输和带内的高共模抑制，适用于现代无线通信系统。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1的结构如图1所示，有关尺寸规格如图3所示，加工实物图如图7所示，其中介质基板1的厚度为0.5mm，相对介电常数εr＝2.2，损耗角正切tanδ＝0.0007。结合图3，所述基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器的各尺寸为：d＝0.6,p＝1,a＝23.2,b＝21.2,dx＝2.7,dx1＝2.7,ls2＝5.92,ls3＝5.94,lms＝1.49,lms1＝1.36,ws2＝0.4,ws3＝0.42,wms4＝1.05,wms5＝1.05,l1＝6.14,w1＝5.19,l2＝6.2,w2＝5.15,la＝2.24,lb＝2.04,lc＝2.04,R1＝1.6(所有单位：mm)。
图4是本实施例中平衡带通滤波器四种谐振模式的谐振频率随距离lb变化的S参数仿真图，从图中可以看出，TE202模式和TE402模式的谐振频率几乎固定不变，而TE201模式和TE401模式的谐振频率随lb的增加而变大，换句话说，TE201模式和TE401模式分别接近TE202模式和TE402模式且带宽随着lb的增加而变小。而通过控制l1的距离能够实现第一个通带带宽的单独可控，如图5所示。
图6是本实施例中平衡带通滤波器的S参数仿真曲线图和实际测量曲线图，从图中可以看出，本实施例平衡带通滤波器的通带中心频率在16.71GHz，相对带宽6.9％和22.23GHz，相对带宽5.6％。测得的最小插入损耗分别约为1.3dB和1.8dB，同时回波损耗分别高于17dB和25.4dB。此外，可以看到具有很好的共模抑制(高于36.1dB)。
综上所述，本实施例的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，它利用了单个谐振腔的四种谐振模式，通过引入微扰元素，实现了(TE201与TE202，TE401与TE402)的组合，形成了两个通带，同时实现了差模传输和高共模抑制。
本发明提供了一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，包括四边形介质基板(1)，所述介质基板(1)下表面设有金属接地板(3)，介质基板(1)上表面设有金属层(2)、第一输入端口馈线(4)、第二输入端口馈线(5)、第一输出端口馈线(6)和第二输出端口馈线(7)，所述金属层(2)位于介质基板(1)中心；所述第一输入端口馈线(4)和第二输入端口馈线(5)位于介质基板(1)垂直中轴线AA’的一侧，一端与介质基板(1)的边缘连接，另一端与金属层(2)连接；所述第一输出端口馈线(6)和第二输出端口馈线(7)位于介质基板(1)垂直中轴线AA’的另一侧，一端与介质基板(1)的边缘连接，另一端与金属层(2)连接；
所述金属层(2)边界设有一圈金属化通孔构成SIW谐振腔(8)，所述金属化通孔贯穿金属层(2)、介质基板(1)和金属接地板(3)；所述SIW谐振腔(8)中设有中央金属微扰通孔(9)、金属微扰通孔组和端口金属微扰通孔，所有通孔均贯穿金属层(2)、介质基板(1)和金属接地板(3)；所述中央金属微扰通孔(9)位于SIW谐振腔(8)的中心，所述金属微扰通孔组位于介质基板(1)垂直中轴线AA’上并关于中央金属微扰通孔(9)对称，所述端口金属微扰通孔分布于金属微扰通孔组两侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一输入端口馈线(4)包括第一输入50欧姆微带线导带(31)，所述第一输入50欧姆微带线导带(31)的一端与介质基板(1)的边缘连接形成第一输入端，另一端与SIW谐振腔(8)连接，另一端两侧与SIW谐振腔(8)存在间隙形成第一SIW共面波导转换结构(21)；
所述第二输入端口馈线(5)包括第二输入50欧姆微带线导带(32)，所述第二输入50欧姆微带线导带(32)的一端与介质基板(1)的边缘连接形成第二输入端，另一端与SIW谐振腔(8)连接，另一端两侧与SIW谐振腔(8)存在间隙形成第一SIW共面波导转换结构(21)；
所述第一输入端和第二输入端位于介质基板(1)的平行两边的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一输出端口馈线(6)包括第一输出50欧姆微带线导带(33)，所述第一输出50欧姆微带线导带(33)的一端与介质基板(1)的边缘连接形成第一输出端，另一端与SIW谐振腔(8)连接，另一端两侧与SIW谐振腔(8)存在间隙形成第二SIW共面波导转换结构(22)；
所述第二输出端口馈线(7)包括第二输出50欧姆微带线导带(34)，所述第二输出50欧姆微带线导带(34)的一端与介质基板(1)的边缘连接形成第二输出端，另一端与SIW谐振腔(8)连接，另一端两侧与SIW谐振腔(8)存在间隙形成第二SIW共面波导转换结构(22)；
所述第一输出端和第二输出端位于介质基板(1)的平行两边的另一侧。
4.根据权利要求3所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述SIW谐振腔(8)呈王字形，SIW谐振腔(8)的宽度为a，高度为b；所述第一输入端口馈线(4)呈L形，与介质基板(1)连接一端的宽度为wms，与SIW谐振腔(8)连接一端的宽度为wms4；第一SIW共面波导转换结构(21)中第一输入端口馈线(4)两侧与SIW谐振腔(8)之间间隙的宽度为ws3，第一输入端口馈线(4)和SIW谐振腔(8)连接处与SIW谐振腔(8)边界的水平距离为ls3；第一输入端口馈线(4)和SIW谐振腔(8)连接处与介质基板(1)的水平中轴线BB’的垂直距离为dx；第一输入端口馈线(4)和介质基板(1)连接处与SIW谐振腔(8)边界的水平距离为lms；第二输入端口馈线(5)和第一输入端口馈线(4)关于介质基板(1)的水平中轴线BB’对称。
5.根据权利要求4所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一输出端口馈线(6)呈L形，与介质基板(1)连接一端的宽度为wms，与SIW谐振腔(8)连接一端的宽度为wms5；第二SIW共面波导转换结构(22)中第一输出端口馈线(6)和SIW谐振腔(8)之间间隙的宽度为ws2，第一输出端口馈线(6)和SIW谐振腔(8)连接处与SIW谐振腔(8)边界的水平距离为ls2；第一输出端口馈线(6)和SIW谐振腔(8)连接处与介质基板(1)的水平中轴线BB’的垂直距离为dx1；第一输出端口馈线(6)和介质基板(1)连接处与SIW谐振腔(8)边界的水平距离为lms1；第二输出端口馈线(7)和第一输出端口馈线(6)关于介质基板(1)的水平中轴线BB’对称。
6.根据权利要求1所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述金属微扰通孔组包括第一金属微扰通孔组(10)和第二金属微扰通孔组(11)，所述第一金属微扰通孔组(10)位于中央金属微扰通孔(9)的一侧，第二金属微扰通孔组(11)位于中央金属微扰通孔(9)的另一侧。
7.根据权利要求6所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一金属微扰通孔组(10)包含三个金属微扰通孔，与中央金属微扰通孔(9)的距离由近到远依次为第一金属微扰通孔(101)、第二金属微扰通孔(102)和第三金属微扰通孔(103)，第一金属微扰通孔(101)与中央金属微扰通孔(9)之间的距离为la，第一金属微扰通孔(101)和第二金属微扰通孔(102)之间的距离为lb，第二金属微扰通孔(102)和第三金属微扰通孔(103)之间的距离为lc；
所述第二金属微扰通孔组(11)包含三个金属微扰通孔，与中央金属微扰通孔(9)的距离由近到远依次为第四金属微扰通孔(111)、第五金属微扰通孔(112)和第六金属微扰通孔(113)，第四金属微扰通孔(111)与中央金属微扰通孔(9)之间的距离为la，第四金属微扰通孔(111)和第五金属微扰通孔(112)之间的距离为lb，第五金属微扰通孔(112)和第六金属微扰通孔(113)之间的距离为lc。
8.根据权利要求1所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述端口金属微扰通孔包括第一端口金属微扰通孔(12)、第二端口金属微扰通孔(13)、第三端口金属微扰通孔(14)和第四端口金属微扰通孔(15)，所述第一端口金属微扰通孔(12)位于SIW谐振腔(8)靠近第一输入端口馈线(4)的一侧，所述第二端口金属微扰通孔(13)位于SIW谐振腔(8)靠近第二输入端口馈线(5)的一侧，所述第三端口金属微扰通孔(14)位于SIW谐振腔(8)靠近第一输出端口馈线(6)的一侧，所述第四端口金属微扰通孔(15)位于SIW谐振腔(8)靠近第二输出端口馈线(7)的一侧。
9.根据权利要求8所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一端口金属微扰通孔(12)与介质基板(1)的垂直中轴线AA’的垂直距离为l1，与介质基板(1)的水平中轴线BB’的垂直距离为w1；第一端口金属微扰通孔(12)和第二端口金属微扰通孔(13)关于介质基板(1)的水平中轴线BB’对称；
所述第三端口金属微扰通孔(14)与介质基板(1)的垂直中轴线AA’的垂直距离为l2，与介质基板(1)的水平中轴线BB’的垂直距离为w2；第三端口金属微扰通孔(14)和第四端口金属微扰通孔(15)关于介质基板(1)的水平中轴线BB’对称。
10.根据权利要求9所述的一种基于单扰动一腔多模SIW的平衡带通滤波器，其特征在于，所述金属层(2)边界设置的金属化通孔直径为d，金属化通孔之间的距离为p；金属微扰通孔组中所有金属微扰通孔的直径为d，所有端口金属微扰通孔的直径为d，中央金属微扰通孔(9)的直径为R1，d<R1。
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