一種雙頻帶獨立可調基片集成波導濾波器的制作方法

本發明涉及一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，確切的說，涉及一種可應用于需要隨時切換在不同頻段濾波器的無線通信系統，屬于微波傳輸器件的技術領域。

背景技術：

目前多頻帶和實時可調頻帶為射頻/微波/太赫茲收發器提供有效的解決方案，以克服對頻譜擁擠的無線通信有效利用問題。濾波器作為無線收發系統的關鍵模塊，且多波段或實時可調波段濾波器需要有多功能集成特征以滿足未來在電信和互聯網中對頻譜的應用。

最近基于SIW的可調/可重構濾波器主要為兩種：1)電可調濾波器，2)機械可調濾波器。例如文獻《Tunable band-pass filters based on varactor-loaded complementary split-ring resonators on half-mode substrate integrated waveguide》電可調濾波器中，是通過對互補開口諧振環上的變容二極管進行直流電壓控制來引起通頻帶的移動。又如文獻《A 1.2-1.6-GHz substrate-integrated-waveguide RF MEMS tunable filter》機械可調濾波器中，是通過旋轉開關器件控制腔內的干擾孔與腔的頂層金屬連接狀態來引起頻率移動，其工作狀態是離散的。上述所提到的方法會使電路復雜，高成本的多層結構，此外，也只能產生一個單頻帶，且控制一個頻帶的移動。而文獻《Dual-band Dual-mode Substrate Integrated Waveguide Filters with Independently Reconfigurable TE₁₀₁ Resonant Mode》雖然結構簡單，操作容易，且有兩個頻帶，但是，該文獻只能實現一個頻帶可調控，而另外一個頻帶不動。

因此有必要提供一種結構簡單，操作簡單，且能實現雙頻帶獨立可調的SIW濾波器。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種雙頻帶獨立可調的SIW濾波器。本發明的雙頻帶獨立可調的SIW濾波器具有結構簡單，操作簡單，能獨立調控兩個頻帶等優點。

根據本發明的實施例，提供一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，包括：諧振腔，及諧振腔上的微擾體；

諧振腔基本包括接地面、介質板、頂層面、金屬壁過孔；

頂層面和接地面分別位于介質板的上下。一系列的金屬壁過孔以相同的距離陣列的分布在諧振腔的四周，組成墻壁，。兩金屬壁過孔的孔間距要小于等于金屬壁過孔直徑的2.5倍。

微擾體包括：微擾槽、微擾金屬過孔、連接槽。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的接地面、頂層面為覆蓋的一層導電金屬，例如銅，金或者銀。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的諧振腔的個數為1～4個。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的微擾槽個數和諧振腔個數相同，為1～4個，且尺寸相同分別位于每個諧振腔的頂層面中心位置。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的每個諧振腔內的連接槽關于微擾槽對稱，每個腔的連接槽個數為偶數，一般為2～6個。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的每個諧振腔內的微擾金屬過孔關于微擾槽對稱，且相應地位于連接槽里面，每個腔的微擾金屬過孔的個數為偶數，一般為2～6個。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的金屬孔與頂層面連接狀態保持不變，單一改變微擾槽的長度，可以控制低頻帶的中心不變，高頻帶的中心頻率移動，可調范圍為10％左右。

優選的，在本發明的各實施例中，所述的金屬孔與頂層面連接狀態不同時，相應地改變微擾槽的長度，可以控制高頻帶中心頻率不變，低頻帶的中心頻率移動，可調范圍為30％左右。

本發明的優點在于：

(1)本發明通過單一改變微擾槽的槽長，實現高頻帶的中心頻率可調而低頻帶的中心頻率不變；通過同時改變干擾金屬孔與頂層面的連接狀態和微擾槽的長度，實現低頻帶的中心頻率可調而高頻帶的中心頻率不變；

(2)本發明的雙頻帶獨立可調的SIW濾波器具有結構簡單，回波損耗較大，雙頻帶獨立可調控，操作簡單等優點。

附圖說明

為了更清楚說明本發明的實施例的技術方案，以下將對本發明的實施例或現有技術的描述中所需要使用的附圖做簡單介紹。當然，以下描述中的附圖僅用于例示本發明的一些實施例，對本領域普通技術人員而言，還可以根據這些附圖中所示實施例得到其它的實施例及其附圖。

圖1為本發明實施例的雙頻帶獨立可調的SIW濾波器的三維結構示意圖；

圖2為低頻帶的中心頻率可調控而高頻帶的中心頻率不動時的結構示意圖；

圖3為高頻帶的中心頻率可調控而低頻帶的中心頻率不動時的結構示意圖；

圖4為低頻帶的中心頻率可調控而高頻帶的中心頻率不動時，不同狀態下，插入損耗S₂₁的仿真S參數圖；

圖5為低頻帶的中心頻率可調控而高頻帶的中心頻率不動時，不同狀態下，回波損耗S₁₁的仿真S參數圖；

圖6為高頻帶的中心頻率可調控而低頻帶的中心頻率不動時，不同狀態下，插入損耗S₂₁的仿真S參數圖；

圖7為高頻帶的中心頻率可調控而低頻帶的中心頻率不動時，不同狀態下，回波損耗S₁₁的仿真S參數圖；

圖中：

1-輸入端口 2-輸出端口 3-第一對微擾金屬過孔

4-第二對微擾金屬過孔 5-第三對微擾金屬過孔 6-第四對微擾金屬過孔

7-第一微擾槽 8-第二微擾槽 9-第一對連接槽

10-第二對連接槽 11-第三對連接槽 12-第四對連接槽

13-金屬壁過孔 14-接地面 15-介質板

16-頂層面 17-第一諧振腔 18-第二諧振腔

19-一個輸入端饋電開口槽 20-一個輸出端饋電開口槽

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。

如圖1所示，本發明優選實施例的一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，包括諧振腔,微帶線，及諧振腔內的微擾槽，連接槽，和微擾金屬過孔。

濾波器設由兩個相同的諧振腔組成，諧振腔基本包括接地面14、介質板15、頂層面16、金屬壁過孔13，且接地面14、頂層面16材質為銅。金屬壁過孔13的材質也為銅，介質板為cer-10,介電常數為9.5，板厚h＝0.64mm。

如圖1所示，本發明的一個具體實施例中，金屬壁過孔13的半徑R_d＝0.5mm,第一諧振腔17與第二諧振腔18的尺寸相同，接地面14的長度，寬度分別為L＝125mm，W＝61.6mm，介質板15長度，寬度，高度分別為L＝125mm，W＝61.6mm，h＝0.64mm；頂層面的長度，寬度，分別為l₀＝112.2mm，w₀＝57.6mm。第一諧振腔內由一系列金屬壁過孔13組成的墻長與墻寬分別為l_q＝55.4mm，w_q＝55.4mm，相鄰金屬壁過孔13的孔間距為q＝2mm。第一諧振腔與第二諧振腔之間的墻壁孔間距l₁＝11.47mm。

如圖1所示，輸入端口1和輸出端口2尺寸相同，由微帶線形成，且分別位于第一諧振腔17和第二諧振腔18的一側的中間。輸入端口1的長度l_i＝19.25mm，寬度w_i＝0.63mm。

饋電開口槽有四個，輸入端饋電開口槽兩個和輸出端饋電開口槽兩個，分別在輸入端口1和輸入端口2的微帶線伸入諧振腔內的兩側，四個饋電開口槽尺寸相同，如圖1所示，只標注出一個輸入端饋電開口槽(19)和一個輸出端饋電開口槽(20)，饋電開口槽的長度l_k＝12.85mm，寬度w_k＝3.24mm；

如圖1所示，第一微擾槽7和第二微擾槽8只是在頂層面16中間，尺寸相同，寬度為slot_w＝2mm，可以通過手動貼銅皮來改變微擾槽的長度slot_L，從而只改變腔內TE₁₀₂模式的電磁分布受到的微擾程度來實現高頻帶可調而低頻帶的中心頻率不變的目的。

如圖1所示，第一對連接槽9、第二對連接槽10、第三對連接槽11和第四對連接槽12只是分布在頂層面16上，且尺寸相同均為正方形，長度為slot_s＝1.9mm。第一對微擾金屬過孔3、第二對微擾金屬過孔4、第三對微擾金屬過孔5和第四對微擾金屬過孔6的半徑均為R₀＝0.3mm，且每對微擾過孔的孔間距均為d＝9mm，第一對微擾金屬過孔3和第二對微擾金屬過孔4均關于第一微擾槽7對稱，且分別位于第一對連接槽9和第二對連接槽10的中心，第三對微擾金屬過孔5和第四對微擾金屬過孔6均關于第二微擾槽8對稱，且分別位于第三對連接槽11和第四對連接槽12的中心。在第一微擾槽7或第二微擾槽8的同一側的微擾金屬過孔的孔間距d_t＝2.4mm。

如圖1所示，可以通過在第一對連接槽9、第二對連接槽10、第三對連接槽11和第四對連接槽12上面貼銅皮來分別控制第一對微擾金屬過孔3、第二對微擾金屬過孔4、第三對微擾金屬過孔5和第四對微擾金屬過孔6與頂層面16的連接狀態，在此同時通過改變微擾槽的長度，從而實現低頻帶可調而高頻帶的中心頻率不變的目的。

如圖1所示，金屬壁過孔13的半徑為R_d，第一諧振腔內由一系列金屬壁過孔組成的墻長與墻寬分別為l_q，w_q，相鄰金屬壁過孔13的孔間距為q，第一諧振腔與第二諧振腔之間的墻壁孔間距l₁；接地面14的長度，寬度分別為L，W，介質板15長度，寬度，高度分別為L，W，h；頂層面的長度，寬度分別為l₀，w₀；輸入端口1和輸出端口2尺寸相同，長度，寬度分別為l_i，w_i；輸入端饋電開口槽19和輸出端饋電開口槽20尺寸相同，長度，寬度分別為l_k，w_k；第一微擾槽7和第二微擾槽8，尺寸相同，寬度為slot_w，長度slot_L；第一對連接槽9、第二對連接槽10、第三對連接槽11和第四對連接槽12，尺寸相同均為正方形，長度為slot_s，微擾金屬過孔6的半徑均為R₀，且每對微擾過孔的孔間距均為d，在第一微擾槽7或第二微擾槽8的同一側的微擾金屬過孔的孔間距d_t。

本發明的一個優選實施例中，其具體尺寸如下：R_d＝0.5mm，l_q＝55.4mm，w_q＝55.4mm，q＝2mm，l₁＝11.47mm，L＝125mm，W＝61.6mm，h＝0.64mm，l₀＝112.2mm，w₀＝57.6mm，l_i＝19.25mm，w_i＝0.63mm，l_k＝12.85mm，w_k＝3.24mm，slot_w＝2mm，slot_s＝1.9mm，R₀＝0.3mm，d＝9mm，d_t＝2.4mm。

圖2顯示了通過人為在第一諧振腔17內對第一對連接槽9、第二對連接槽10貼銅皮來分別控制第一對微擾金屬過孔3、第二對微擾金屬過孔4與頂層面16的連接狀態，與此同時通過人為在第一微擾槽7上貼銅皮來改變微擾槽長度的不同狀態，當一對微擾金屬過孔與頂層面16連接時，狀態數表示為1，反之為0；第二諧振腔18與第一諧振腔17對稱，且狀態始終與第一諧振腔17保持一致性。

圖3顯示了當在第一諧振腔17內，通過對第一對連接槽9貼銅皮讓第一對微擾金屬過孔3與頂層面16的連接，而對第二對連接槽10保持不變，使第二對微擾金屬過孔4與頂層面16不連接時，人為在第一微擾槽7上貼銅皮改變微擾槽的長度的不同狀態；第二諧振腔18與第一諧振腔17對稱，且狀態始終與第一諧振腔17保持一致性。

圖4顯示了本發明實施例的一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，當同時使兩個諧振腔內的微擾金屬過孔與頂層面16的連接狀態從00，變化為10,11時，同時相應地人為改變微擾槽的長度為slot_L＝5mm，20mm，28mm的三個狀態時，插入損耗S₂₁的仿真S參數圖。

圖5顯示了本發明實施例的一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，當同時使兩個諧振腔內的微擾金屬過孔與頂層面16的連接狀態從00，變化為10,11的同時相應地人為改變兩個諧振腔內的微擾槽的長度為slot_L＝5mm，20mm，28mm時，插入損耗S₁₁的仿真S參數圖。

圖6顯示了本發明實施例的一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，當同時使兩個諧振腔內的微擾金屬過孔與頂層面16的連接狀態保持為10的同時，相應地人為改變微擾槽的長度為slot_L＝5mm，20mm，28mm時，插入損耗S₂₁的仿真S參數圖。

圖6顯示了本發明實施例的一種雙頻帶獨立可調的基片集成波導濾波器，當同時使兩個諧振腔內的微擾金屬過孔與頂層面16的連接狀態保持為10的同時，相應地人為改變微擾槽的長度為slot_L＝5mm，20mm，28mm時，插入損耗S₁₁的仿真S參數圖。

測試圖中，S參數用于描述各個端口之間的信號傳遞情況，常用dB值表示。S₁₁是指所有端口連接匹配負載時，向輸入端口看去的反射系數，S₁₁小于-10dB表示能量大多可以通過輸出端口，只有極少數的能量反射回輸入端口，傳輸度高；S₂₁表示由輸入端口到輸出端口的傳輸系數，越高表示器件損耗越低，性能越好。

如圖4和圖5所示，隨著微擾金屬過孔與頂層面16的連接對數越多，微擾槽的長度越長，低頻帶的中心頻率往右移動，而高頻帶的中心頻率保持不變。

如圖6和圖7所示，當諧振腔內微擾金屬過孔與頂層面16的連接狀態保持為10狀態時，微擾槽的長度越長，高頻帶的中心頻率往左移動，而低頻帶的中心頻率保持不變。

參見圖4和圖5，可以看出基片集成波導濾波器的低頻帶的可調中心頻率為1.47GHz,插入損耗小于5.8dB，回波損耗大于10dB，頻帶可調范圍約為30.6％，在S₁₁＝-10dB時平均相對帶寬約為1.35％，高頻帶的中心頻率約為1.93GHz，插入損耗小于1.94dB，回波損耗大于10dB，在S₁₁＝-10dB時平均相對帶寬約為2.57％。

參見圖6和圖7，可以看出基片集成波導濾波器的低頻帶的中心頻率約為1.58GHz,插入損耗小于3.04dB，回波損耗約大于11.24dB，在S₁₁＝-10dB時，平均相對帶寬約為1.27％，高頻帶的中心頻率約為1.93GHz，插入損耗小于2.68dB，回波損耗約大于15.57dB，在S₁₁＝-10dB時平均相對帶寬約為2.06％，頻帶可調范圍約為10.3％。

應當理解的是，本發明的上述具體實施方式僅僅用于示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。