CN208622911U - 一种新型三模siw谐振腔滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型三模SIW谐振腔滤波器，包括介质板，介质板由介质基板上下镀金属层而成的薄圆片，沿介质板边缘设置的边缘金属化通孔阵列围合形成SIW谐振腔，介质板中心处设置金属化通孔环形阵列，形成三模SIW谐振腔。介质板上还设有非对称分布的两个馈电端口，馈电端口连接有馈线或另一SIW谐振腔馈电端口，两个馈电端口将SIW腔体壁分出宽边和窄边，宽边上设有微扰。本实用新型具有小型化、低成本、易于加工、低损耗等优点，与双模SIW滤波器相比，本实用新型的滤波器结构下边带频选特性更好，具有更大的通带范围。
Description
技术领域
本实用新型属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种新型三模基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）谐振腔滤波器。
背景技术
滤波器是微波毫米波收发信机的重要元件，如何开发出低成本的滤波器一直是微波毫米波集成技术研究的一个重要方向。多模滤波器是微波毫米波滤波器小型化研究的重要分支之一。利用谐振器中的谐振频率相近的谐振模式或者简并谐振模式，可使一个多模谐振器具有和多个主模谐振器类似的频率选择特性。一个单级的多模滤波器通常会引入多个传输极点和零点，相比级联的主模滤波器具有更小的尺寸和插入损耗。多模滤波器通常工作在谐振器的高次谐振模，较主模滤波器具有更大的尺寸，因此具有更好的加工容差。
近年来，随着SIW技术的发展，基于SIW技术的多模滤波器也得到了深入的研究。SIW既保持与波导相近的优良性能，如低损耗、高品质因数、高功率容量等，同时又具有微带线类技术的高集成度、易于平面集成、尺寸小、成本低等优点。在双模SIW 滤波器的设计上：对于圆形SIW腔，通常采用TM110模式，矩形SIW腔体则通常是基于TE102和TE201、TE102和TE301等模式。SIW三模滤波器可以在双模SIW滤波器的基础上加载互补型分裂环谐振器（Complementary Split Ring Resonator, CSRR）得到, 本实用新型将介绍一种新型的三模SIW谐振腔滤波器，相比现有的三模SIW结构，该滤波器具有结构紧凑、单层工艺可实现等优点。
实用新型内容
本实用新型为实现上述技术目的，提供了一种新型的三模SIW谐振腔滤波器。
本实用新型采取的技术方案为：
一种新型三模SIW谐振腔滤波器，包括介质板，介质板由介质基板上下镀金属层而成，介质板为薄圆片，沿介质板边缘设置的边缘金属化通孔阵列围合形成SIW谐振腔，介质板中心处设置金属化通孔环形阵列，形成三模SIW谐振腔。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的介质板上还设有两个馈电端口，馈电端口连接有馈线或另一SIW谐振腔馈电端口。
上述的两个馈电端口非对称分布，用以在三模SIW谐振腔中激励出两个二次模。
上述的两个馈电端口将SIW腔体壁分出宽边和窄边，宽边上设有微扰。
上述的微扰为微扰金属化通孔阵列。
上述的金属化通孔直径均一致，且相邻金属化通孔之间的间距相同。
本实用新型具有以下有益效果：
（1）与其他形状相比，圆形SIW谐振腔具有更高的品质因数，通过在圆形SIW腔的中心位置加入一金属化通孔实现三模谐振腔，金属化通孔会使得它所在位置的电场强度几乎为零。金属化通孔的引入会导致腔内的电场分布发生改变：其中主模的电场分布改变尤为显著，因为主模的电场分布在腔体中心位置最强。而简并的TM110模由于在腔体的中心位置电场强度很弱，金属化通孔对其影响很小，从而实现了具有小型化、低成本、易于加工、低损耗等优点的滤波器结构；
（2）与双模SIW滤波器相比，本实用新型的滤波器结构下边带频选特性更好，具有更大的通带范围。
附图说明
图1是本实用新型的圆形三模SIW谐振腔结构图；
图2是本实用新型的实施例中单腔三阶SIW滤波器示意图；
图3是本实用新型的实施例中双腔六阶SIW滤波器示意图；
图4是本实用新型实施例中滤波器的具体尺寸；
图5是本实用新型实施例一中滤波器1的仿真和测试结果图；
图6是本实用新型实施例一中滤波器2的仿真和测试结果图；
图7是本实用新型实施例一中滤波器3的仿真和测试结果图；
图8是本实用新型实施例二中双模SIW滤波器和滤波器1的仿真结果对比图。
其中的附图标记为：介质板1、边缘金属化通孔阵列2、金属化通孔环形阵列3、馈电端口4、馈线5、宽边6、窄边7和微扰8。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。
一种新型三模SIW谐振腔滤波器，如图1所示，包括介质板1，介质板1由介质基板上下镀金属层而成，介质板1为薄圆片，沿介质板1边缘设置的边缘金属化通孔阵列2围合形成SIW谐振腔，介质板1中心处设置金属化通孔环形阵列3，形成三模SIW谐振腔。
实施例中，介质板1上还设有两个馈电端口4，馈电端口4连接有馈线5或另一SIW谐振腔馈电端口4。
实施例中，两个馈电端口4非对称分布，用以在三模SIW谐振腔中激励出两个二次模。
实施例中，两个馈电端口4将SIW腔体壁分出宽边6和窄边7，宽边6上设有微扰8。
实施例中，微扰8为微扰金属化通孔阵列。
实施例中，金属化通孔直径均一致，且相邻金属化通孔之间的间距相同。
选定两个单腔三阶SIW滤波器和一个双腔六阶SIW滤波器为例，单腔三阶SIW滤波器和双腔六阶SIW滤波器结构分别如图2和图3所示，两个单腔三阶SIW滤波器和一个双腔六阶SIW滤波器分别对应为滤波器1，滤波器2和滤波器3，滤波器1，滤波器2和滤波器3的具体尺寸如图4所示。其中，r cavity 为腔体半径，r add 为金属化通孔阵列所替代的大的金属通孔的半径，d via 为小金属通孔的直径，α在单腔结构中为两条馈线的夹角，双腔结构中为馈线与另一腔体的夹角，α feed 为馈线两端开口所跨的圆心角，α rot 为微扰结构的方位角，α space 为腔体周围两组金属通孔之间的空余角度，h space 为同一半径上相邻金属通孔的圆心距，w为馈线宽度，l 1 、l 2 、l 3 分别为三条馈线长度，w con 为双腔结构中连接处的宽度，l con 为双腔结构中连接处的长度。
实施例一：在全波仿真中，介质基板取厚度为0.254mm的Rogers5880，其参数设定为 εr=2.2，tanδ=0.0009，金属层的等效导电率设为 5.8×107S/m。滤波器1，滤波器2和滤波器3的仿真和测量结果分别为图5、图6和图7，对比图5和图6可得，两个单腔三阶SIW滤波器的上边带均有三个传输零点，分别为Z1、Z2和Z3，从而均具有较好的频率选择特性。而滤波器2相比较滤波器1的馈电部分夹角α增大，传输零点Z1、Z3基本保持不变，传输零点Z2向高频段移动，因此，适当地选择α，可以获得更宽的上边带阻带。但是，由于α小于90度时，Z1会下移到主模和二次模的谐振频率之间，将破坏三模SIW滤波器的通带性能。所以，α应该选择大于90度的值，以确保Z1在滤波器的上边带。下边带由于没有传输零点的存在，频率选择特性相对较差。
由图7可知，滤波器3的仿真与测量结果具有良好的一致性。滤波器3的相对带宽约为17.6%，测量的插入损耗为1.8dB，而在仿真中约为1.23dB。同样地，由于上边带传输零点的存在，上边带的频率选择特性优于下边带。总结图5、图6和图7，本实用新型的三模SIW谐振腔滤波器具有较好的频率选择特性。
实施例二：在全波仿真中，介质基板取厚度为0.254mm的Rogers5880，其参数设定为εr=2.23，tanδ=0.00082，金属层的等效导电率设为7×106S/m。图8为双模SIW滤波器和滤波器1的仿真结果对比，其中滤波器1的通带范围（S11<-10dB）为 31.08GHz~35.82GHz，双模滤波器相应的通带范围为34.16GHz~35.58GHz，可见利用本实用新型的三模SIW谐振腔使得滤波器通带展宽了约2.3倍，与此同时，两个滤波器的插入损耗基本在同一水平，而双模滤波器由于主模谐振的存在，下边带的阻带抑制较差，滤波器1的主模谐振频率被推高至二次模谐振频率附近后，下边带频率选择特性也得到了一定的改善。
综上所述，本实用新型充分考虑了微波毫米波工程中对滤波器高性能、低成本、小型化的要求，提出来一种通带较宽，低插损、易于集成的新型SIW滤波器结构，可用于微波毫米波电路设计中。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种新型三模SIW谐振腔滤波器，其特征是：包括介质板（1），所述的介质板由介质基板上下镀金属层而成，所述的介质板（1）为薄圆片，沿介质板（1）边缘设置的边缘金属化通孔阵列（2）围合形成SIW谐振腔，介质板（1）中心处设置金属化通孔环形阵列（3），形成三模SIW谐振腔。
2.根据权利要求1所述的一种新型三模SIW谐振腔滤波器，其特征是：所述的介质板（1）上还设有两个馈电端口（4），所述的馈电端口（4）连接有馈线（5）或另一SIW谐振腔馈电端口（4）。
3.根据权利要求2所述的一种新型三模SIW谐振腔滤波器，其特征是：所述的两个馈电端口（4）非对称分布，用以在三模SIW谐振腔中激励出两个二次模。
4.根据权利要求3所述的一种新型三模SIW谐振腔滤波器，其特征是：所述的两个馈电端口（4）将SIW腔体壁分出宽边（6）和窄边（7），所述的宽边（6）上设有微扰（8）。
5.根据权利要求4所述的一种新型三模SIW谐振腔滤波器，其特征是：所述的微扰（8）为微扰金属化通孔阵列。
6.根据权利要求5所述的一种新型三模SIW谐振腔滤波器，其特征是：所述的金属化通孔直径均一致，且相邻金属化通孔之间的间距相同。
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Cited By (2)
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| CN113097680A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-07-09 | 南京理工大学 | 一种径向基片集成波导滤波功分器 |
| CN115458883A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-09 | 东南大学 | 一种高次模基片集成波导双通带圆形腔滤波器 |
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