本發(fā)明涉及微波濾波器，具體涉及基于雙層SIW結(jié)構(gòu)的混合耦合濾波器，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代電子科技的發(fā)展，可利用的頻譜資源日益緊張，特別是射頻與微波低頻段可以說(shuō)已經(jīng)到了捉襟見(jiàn)肘的地步, 為了提高通信容量和避免相鄰信道間的干擾，對(duì)濾波器頻率選擇特性的要求越來(lái)越高。這就要求濾波器必須具有陡峭的帶外抑制,同時(shí)為了滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)小型化的需求，濾波器的尺寸也顯的尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙層SIW結(jié)構(gòu)的混合耦合濾波器，該濾波器實(shí)現(xiàn)了垂直方向的混合電磁耦合，減少水平方向的尺寸，具有可控的傳輸零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了良好的頻率選擇性，實(shí)現(xiàn)小型化的優(yōu)點(diǎn)，其具體技術(shù)方案如下：

基于雙層SIW結(jié)構(gòu)的混合耦合濾波器，包括第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器，所述第一層圓形SIW諧振器包括濾波器上表面、第一介質(zhì)基板和公用金屬面；第二層圓形SIW諧振器包括濾波器下表面、第二介質(zhì)基板和公用金屬面；第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器共用同一公用金屬面，所述公用金屬面加載有兩個(gè)圓孔，分別為第一圓孔和第二圓孔，第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器通過(guò)該公用金屬面緊密結(jié)合；

所述第一介質(zhì)基板內(nèi)設(shè)置呈圓形排列的金屬化過(guò)孔，該圓形排列的金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)第一圓形諧振腔，所述第二介質(zhì)基板內(nèi)設(shè)置呈圓形排列的金屬化過(guò)孔，該圓形排列的金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)第二圓形諧振腔；

對(duì)應(yīng)的圓形排列的金屬化過(guò)孔環(huán)繞構(gòu)成對(duì)應(yīng)的圓形覆銅面；

所述濾波器上表面包括第一微帶線轉(zhuǎn)共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)：第一微帶線為第一饋線，該共面波導(dǎo)由在圓形覆銅面上開(kāi)第一槽線和第二槽線形成，所述第一饋線位于第一槽線和第二槽線中間；所述濾波器下表面包括第二微帶線轉(zhuǎn)共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)：第二微帶線為第二饋線；該共面波導(dǎo)由在圓形覆銅面上開(kāi)第三槽線和第四槽線形成，所述第二饋線位于第三槽線和第四槽線中間；所述濾波器上表面與濾波器下表面關(guān)于公用金屬面的圓形覆銅面的圓心呈中心對(duì)稱；

所述濾波器上表面和濾波器下表面四周均設(shè)置四個(gè)非金屬化過(guò)孔。

所述濾波器上表面的邊緣設(shè)置有輸出端口，該輸出端口位于第一饋線的中心，所述濾波器下表面的邊緣設(shè)置有輸入端口，該輸入端口位于第二饋線的中心，所述輸出端口和輸入端口位于公用金屬面的一組相對(duì)側(cè)。

所述濾波器上表面的邊緣設(shè)置有輸入端口，該輸入端口位于第一饋線的中心，所述濾波器下表面的邊緣設(shè)置有輸出端口，該輸出端口位于第二饋線的中心，所述輸出端口和輸入端口位于公用金屬面的一組相對(duì)側(cè)。

選定公用金屬面的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立三角坐標(biāo)系，將第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器水平放置，豎直方向?yàn)閆軸方向，第一圓孔的圓心和第二圓孔的圓心所在直線為Y軸方向，X軸方向確定，所述第一槽線和第二槽線關(guān)于Y軸對(duì)稱，所述第三槽線和第四槽線關(guān)于Y軸對(duì)稱；第一槽線、第二槽線、第三槽線和第四槽線結(jié)構(gòu)相同，上諧振腔和下諧振腔關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)中心對(duì)稱。

所述上諧振腔和下諧振腔的半徑均為10.8mm，第一圓孔和第二圓孔的半徑均為2.35mm，第一圓孔和第二圓孔距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離均為4.4mm；第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器均關(guān)于y軸對(duì)稱。

所述第一槽線和第二槽線為相反方向設(shè)置的L型槽線，第一槽線和第二槽線關(guān)于Y軸對(duì)稱，第一槽線平行于Y軸的槽線的長(zhǎng)度為3mm，第一槽線平行于X軸方向上的槽線的長(zhǎng)度為3.2mm，第一槽線的縫隙寬0.15m。

所述金屬化過(guò)孔的直徑為0.15mm。

所述第一饋線和二饋線特性阻抗均為50歐姆。

本發(fā)明的工作原理是：

混合耦合是指相鄰諧振器間同時(shí)存在電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合的情況，磁耦合系數(shù)與電耦合系數(shù)之比決定了傳輸零點(diǎn)的位置，電耦合系數(shù)和磁耦合系數(shù)越接近則傳輸零點(diǎn)越靠近中心頻率。而由于總耦合系數(shù)的大小是磁耦合系數(shù)與電耦合系數(shù)之差，電耦合系數(shù)與磁耦合系數(shù)越接近則總耦合系數(shù)越小，從而使濾波器的帶寬也很小。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明，通過(guò)在第一圓形諧振腔和第二圓形諧振腔間的公共金屬面上加載兩個(gè)對(duì)稱的圓孔，沒(méi)有增加額外體積，在第一圓形諧振腔和第二圓形諧振腔間通過(guò)加載的圓孔引入混合電磁耦合使垂直直線拓?fù)錇V波器產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，并調(diào)節(jié)圓孔偏離圓心的距離從而控制傳輸零點(diǎn)的位置，提高濾波器的選擇性，整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊。

本發(fā)明為垂直結(jié)構(gòu)的直線拓?fù)錇V波器，具有靈活可控的傳輸零點(diǎn)，能起到提高選擇性的作用，且具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，避免引入電磁輻射和寄生頻率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的垂直分解圖，

圖2是本發(fā)明的所采用印刷電路板的側(cè)面示意圖，

圖3為本發(fā)明的第一層圓形SIW諧振器的上表面結(jié)構(gòu)示意圖，

圖4為本發(fā)明的第一層圓形SIW諧振器的公用金屬面結(jié)構(gòu)示意圖，

附圖標(biāo)記名稱如下：

A1：第一槽線；A2：第二槽線；A3：第三槽線A4：第四槽線；

B1：第一饋線；B2：第二饋線；

C1：第一圓孔；C2：第二圓孔；

S1：介質(zhì)基板；S2：上金屬層；S3：下金屬層；

Port1：輸入端口；Port2：輸出端口；

L1：濾波器上表面；L2：濾波器下表面；L3：公用金屬面；

Q：金屬化過(guò)孔；

O：坐標(biāo)原點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明采用相對(duì)介電常數(shù)為3.38，厚度為0.813mm的Rogers 4003板材作為介質(zhì)基板，也可以采用其他規(guī)格的微波板作為基板。如圖2所示，在微波板的介質(zhì)基片S1的上、下表面分別包覆有上金屬層S2和下金屬層S3。濾波器由兩塊Rogers 4003板構(gòu)成，第一塊微波板的下表面與第二塊微波板的上表面緊密貼合，并通過(guò)非金屬化過(guò)孔對(duì)齊、固定。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖可見(jiàn)，本基于雙層SIW結(jié)構(gòu)的混合耦合濾波器，包括第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器，所述第一層圓形SIW諧振器包括濾波器上表面L1、第一介質(zhì)基板和公用金屬面L3；（第一介質(zhì)基板為一塊濾波器的介質(zhì)基片S1，濾波器上表面L1即圖2中所述的上金屬層S2，公用金屬面L3即圖2中所述的下金屬層S3）。第二層圓形SIW諧振器包括濾波器下表面L2、第二介質(zhì)基板和公用金屬面L3；（第二介質(zhì)基板為另一塊濾波器的介質(zhì)基片S1，濾波器下表面L2即圖2中所述的下金屬層S3，公用金屬面L3即圖2中所述的上金屬層S2）。第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器共用同一公用金屬面L3，第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器通過(guò)該公用金屬面L3緊密結(jié)合；第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器尺寸相等，決定濾波器的頻率；通過(guò)微帶線轉(zhuǎn)共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)，使饋電端易于匹配及集成。所述公用金屬面L3加載有兩個(gè)圓孔，分別為第一圓孔和第二圓孔，設(shè)計(jì)兩個(gè)圓孔的目的是為了提高兩個(gè)諧振腔間的耦合強(qiáng)度，改善匹配，避免零點(diǎn)靠近通帶時(shí)，濾波器的帶寬過(guò)窄。增加一個(gè)圓孔幾乎不影響傳輸零點(diǎn)的位置，但明顯改善了回波損耗并增加了濾波器的帶寬，這是因?yàn)樵黾右粋€(gè)圓孔不會(huì)改變電耦合強(qiáng)度和磁耦合強(qiáng)度的比例，但會(huì)增加總耦合系數(shù)。第一圓孔和第二圓孔能夠在上下諧振腔間同時(shí)引入電耦合和磁耦合，通過(guò)調(diào)節(jié)圓孔與坐標(biāo)圓心的距離，使第一層與第二層諧振器之間形成混合電磁耦合；由于越靠近坐標(biāo)圓心時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，越靠近圓形覆銅面邊緣時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)圓孔偏離坐標(biāo)圓心的距離來(lái)控制混合耦合中電耦合強(qiáng)度和磁耦合強(qiáng)度的比例，從而獲得一個(gè)位置可控的傳輸零點(diǎn)。

當(dāng)圓孔向遠(yuǎn)離圓心方向移動(dòng)，混合耦合中磁耦合的比例提高，傳輸零點(diǎn)向低頻方向移動(dòng)，直到傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)在通帶左側(cè)；反之，當(dāng)圓孔向靠近圓心方向移動(dòng)，混合耦合中電耦合的比例提高，傳輸零點(diǎn)向高頻方向移動(dòng)，直到傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)在通帶右側(cè)。

第一圓孔與第二圓孔的圓心位于y軸所在直線上時(shí)，圓孔引入的混合耦合效果最理想。這是由于饋電的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)破壞了諧振腔內(nèi)場(chǎng)分布的對(duì)稱性，使得圓孔位于y軸方向時(shí)，場(chǎng)的分布更加符合圓孔實(shí)現(xiàn)混合耦合的需要。

所述第一介質(zhì)基板內(nèi)設(shè)置呈圓形排列的金屬化過(guò)孔Q，該圓形排列的金屬化過(guò)孔Q實(shí)現(xiàn)第一圓形諧振腔，所述第二介質(zhì)基板內(nèi)設(shè)置呈圓形排列的金屬化過(guò)孔Q，該圓形排列的金屬化過(guò)孔Q實(shí)現(xiàn)第二圓形諧振腔；

對(duì)應(yīng)的圓形排列的金屬化過(guò)孔Q環(huán)繞構(gòu)成對(duì)應(yīng)的圓形覆銅面；

所述濾波器上表面L1包括第一微帶線轉(zhuǎn)共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)：第一微帶線為第一饋線，該共面波導(dǎo)由在圓形覆銅面上開(kāi)第一槽線和第二槽線形成，所述第一饋線位于第一槽線和第二槽線中間；所述濾波器下表面L2包括第二微帶線轉(zhuǎn)共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)：第二微帶線為第二饋線；該共面波導(dǎo)由在圓形覆銅面上開(kāi)第三槽線和第四槽線形成，所述第二饋線位于第三槽線和第四槽線中間；所述濾波器上表面L1與濾波器下表面L2關(guān)于公用金屬面L3的圓形覆銅面的圓心呈中心對(duì)稱；

所述濾波器上表面L1和濾波器下表面L2四周均設(shè)置四個(gè)非金屬化過(guò)孔Q。安裝時(shí)，由于濾波器共上下兩層，為了將兩層介質(zhì)基板固定在一起，先在四個(gè)角打好過(guò)孔，再用螺絲固定。由于濾波器的兩個(gè)端口分別位于上下兩層基板，為了便于焊接SMA頭，有意去掉了饋線附近的部分介質(zhì)基板，并在另一塊介質(zhì)基板的對(duì)應(yīng)區(qū)域鍍銅，也就是說(shuō)將共用的金屬分別鍍?cè)趦蓧K基板上，為了保證兩個(gè)基板上的金屬鍍銅能夠充分接觸，需要將每一塊基板大面積覆銅。

所述濾波器上表面L1的邊緣設(shè)置有輸出端口，該輸出端口位于第一饋線的中心，所述濾波器下表面L2的邊緣設(shè)置有輸入端口，該輸入端口位于第二饋線的中心，所述輸出端口和輸入端口位于公用金屬面L3的一組相對(duì)側(cè)。

或者所述濾波器上表面L1的邊緣設(shè)置有輸入端口，該輸入端口位于第一饋線的中心，所述濾波器下表面L2的邊緣設(shè)置有輸出端口，該輸出端口位于第二饋線的中心，所述輸出端口和輸入端口位于公用金屬面L3的一組相對(duì)側(cè)。

本發(fā)明所述微波濾波器的輸入端口和輸出端口均采用SMA頭焊接，以便接入測(cè)試或者與電路相連。

選定公用金屬面L3的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)O建立三角坐標(biāo)系，將第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器水平放置，豎直方向?yàn)閆軸方向，第一圓孔的圓心和第二圓孔的圓心所在直線為Y軸方向，X軸方向確定，所述第一槽線和第二槽線關(guān)于Y軸對(duì)稱，所述第三槽線和第四槽線關(guān)于Y軸對(duì)稱；第一槽線、第二槽線、第三槽線和第四槽線結(jié)構(gòu)相同，上諧振腔和下諧振腔關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)O中心對(duì)稱。

所述上諧振腔和下諧振腔的半徑均為10.8mm，第一圓孔和第二圓孔的半徑均為2.35mm，第一圓孔和第二圓孔距坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離均為4.4mm；第一層圓形SIW諧振器和第二層圓形SIW諧振器均關(guān)于Y軸對(duì)稱。

圖3為本發(fā)明的第一層圓形SIW諧振器的上表面結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明的第一層圓形SIW諧振器的公用金屬面L3結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖可見(jiàn)，所述第一槽線和第二槽線為相反方向設(shè)置的L型槽線，第一槽線和第二槽線關(guān)于Y軸對(duì)稱，第一槽線平行于Y軸的槽線的長(zhǎng)度為3mm，第一槽線平行于X軸方向上的槽線的長(zhǎng)度為3.2mm，第一槽線的縫隙寬0.15m。

所述金屬化過(guò)孔Q的直徑為0.15mm。

所述第一饋線和二饋線特性阻抗均為50歐姆。

本發(fā)明濾波器的散射參數(shù)仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果：所述濾波器的中心頻率為5.8GHz，其3dB相對(duì)帶寬為3.8%，從圖中可以看到仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，其中測(cè)量誤差的插入損耗略微偏大是源于加工誤差以及開(kāi)槽線在測(cè)試過(guò)程中的輻射損耗。

本發(fā)明方案所公開(kāi)的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開(kāi)的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。