一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器的制作方法

本发明涉及一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器，属于微波无源器件技术领域。

背景技术：

随着现代无线通信系统的高速发展和日臻成熟，作为其重要组成部分的滤波器和功分器也引起了广泛的关注和研究。在传统的低频设计中，微带结构的滤波器和功分器非常常见。但是，在毫米波频段中，微带结构的无源结构存在插损大、加工困难等问题；而传统的低损耗的金属波导结构具有结构复杂、设计困难、尺寸较大、无法平面集成等问题，因此，基片集成波导技术在毫米波频段具有的优势引起了人们的广泛关注。

基片集成波导技术是最近十几年来出现的低插入损耗、高品质因数、高功率容量的一种新型的波导器件，基于PCB和LTCC等工艺实现的各种基片集成波导无源以及有源兼具有传统金属波导和平面电路的优点，且生产成本和设计复杂度在微波毫米波频段具有无可比拟的优势。

目前引起广泛关注的5G毫米波通信系统，特别是大规模的MIMO系统，毫米波前端模块对电路的损耗、尺寸以及加工精度提出了更高的要求。因此，高集成度的器件或者模块成为了重要的研究热点。其中，发明人主要从两个方面考虑如何提高集成度：一个是从基片集成波导结构本身考虑如何减小尺寸，另一个是多功能的无源器件可以在无线通信系统中实现更加紧凑的结构。在许多传统的通信系统中，人们通常将滤波器和功分器分开设计最后级联使用，以实现滤波和功分的功能。这种设计方法存在的问题是电路的面积较大且损耗较大。于是，发明人考虑将滤波器和功分器结合起来设计，从而实现一种小尺寸、多功能、高集成度的无源器件。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器，用于解决毫米波通信系统中无源器件尺寸大、损耗大、集成度差的技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器，包括两个四分之一模基片集成波导圆形腔；

其中，所述四分之一模基片集成波导圆形腔是由基片集成波导圆形腔沿任意两条相互垂直的磁壁分割得到的，且沿其两直角边分别设置有信号输入微带线和信号输出微带线；所述基片集成波导圆形腔包括上下表面均覆有金属导电层的介质基片，且介质基片上沿圆周方向均匀分布有贯穿上下金属导电层的金属通孔；

所述四分之一模基片集成波导圆形腔的直角区域内设置有场模式扰动孔，金属通孔内侧的四分之一模基片集成波导圆形腔上设置有寄生通带抑制模式扰动孔，且场模式扰动孔及寄生通带抑制模式扰动孔均为贯穿介质基片及上下金属导电层的金属孔；

两个四分之一模基片集成波导圆形腔通过信号输入微带线相结合，即两个信号输入微带线连为一体，构成该滤波功分器的信号输入端；从信号输入端输入的信号分别进入两个四分之一模基片集成波导圆形腔，经过滤波和功分后由两侧信号输出微带线的信号输出端输出。

具体的，两个四分之一模基片集成波导圆形腔关于连为一体的信号输入微带线对称分布，所述信号输入微带线及信号输出微带线均采用50欧姆微带线，且信号输出微带线经过90°的转角实现信号输入端和信号输出端的方向一致性。

具体的，所述寄生通带抑制模式扰动孔的圆心与所在四分之一模基片集成波导圆形腔的直角端的连线，与所在四分之一模基片集成波导圆形腔的直角边呈45°夹角。

具体的，所述两个四分之一模基片集成波导圆形腔之间设置有一条将两个场模式扰动孔分隔开的细缝，且该细缝的宽度为0.2mm。

有益效果：本发明提供的一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器，相对于现有技术，具有以下优点：

(1)尺寸小：本发明采用四分之一模圆形基片集成波导结构，相比于传统基片集成波导圆形结构的尺寸减小了75％；

(2)集成度高：本发明采用滤波器和功分器集成设计的思想，将两种独立的无源器件集成在一个无源结构上，减小尺寸的同时大大提高了集成度；

(3)实现简单：相比其他采用多层结构的设计方案，本发明无需多层结构，仅通过采用普通的PCB加工工艺，加入金属通孔扰动就可以实现；

(4)损耗小：相比采用独立滤波器和功分器的设计，本发明的滤波功分器同时集成了两者的功能，其损耗小于有两者独立产生的之和，有利于减少电路中产生的损耗。

附图说明

图1为本发明中基片集成波导圆形腔的结果示意图；

图2为本发明中四分之一模基片集成波导圆形腔的结构示意图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图4为本发明实施例中滤波功分器的频率响应曲线图；

图中包括：1、基片集成波导圆形腔，2、金属通孔，3、四分之一模基片集成波导圆形腔，4、信号输入微带线，5、信号输出微带线，6、场模式扰动孔，7、寄生通带抑制模式扰动孔，8、信号输入端，9、信号输出端。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图3所示为一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器，包括两个四分之一模基片集成波导圆形腔3；

其中，所述四分之一模基片集成波导圆形腔3是由基片集成波导圆形腔1沿任意两条相互垂直的磁壁分割得到的，且沿其两直角边分别设置有信号输入微带线4和信号输出微带线5；如图1所示，所述基片集成波导圆形腔1包括上下表面均覆有金属导电层的介质基片，且介质基片上沿圆周方向均匀分布有贯穿上下金属导电层的金属通孔2；

如图2所示，所述四分之一模基片集成波导圆形腔3的直角区域内设置有场模式扰动孔6，金属通孔2内侧的四分之一模基片集成波导圆形腔3上设置有寄生通带抑制模式扰动孔7，且场模式扰动孔6及寄生通带抑制模式扰动孔7均为贯穿介质基片及上下金属导电层的金属孔；

两个四分之一模基片集成波导圆形腔3通过信号输入微带线4相结合，即两个信号输入微带线4连为一体，构成该滤波功分器的信号输入端8；从信号输入端8输入的信号分别进入两个四分之一模基片集成波导圆形腔3，经过滤波和功分后由两个信号输出微带线5的信号输出端9输出。

本实施例中，两个四分之一模基片集成波导圆形腔3关于连为一体的信号输入微带线4对称分布，所述信号输入微带线4及信号输出微带线5均采用50欧姆微带线，且信号输出微带线5经过90°的转角实现信号输入端8和信号输出端9的方向一致性。

本实施例中，所述寄生通带抑制模式扰动孔7的圆心与所在四分之一模基片集成波导圆形腔3的直角端的连线，与所在四分之一模基片集成波导圆形腔3的直角边呈45°夹角；所述两个四分之一模基片集成波导圆形腔3之间设置有一条将两个场模式扰动孔6分隔开的细缝，且该细缝的宽度为0.2mm。

本实施例中，选用的介质基片的相对介电常数为10.2，介质厚度为1.27mm；且图3中各几何参数为：L1＝8.5mm，L2＝4mm，L3＝6.8mm，L4＝3.3mm，g1＝0.6mm，g2＝0.3mm，D1＝2mm，D2＝2mm，D3＝1.2mm，总体平面尺寸包括输入输出的微带线为35mm*15mm。

图4为本发明实施例中滤波功分器的频率响应曲线，其中三条曲线均为测试结果，其中，滤波功分器的中心频率为9.1GHz，带宽为600MHz，通带内插入损耗优于1.7dB，通带内回波损耗优于15dB，两个功分输出端口具有良好的一致性。

本发明的具体实施方式如下：

信号从该滤波功分器的信号输入端8进入，由于该结构的左右各有一个四分之一模基片集成波导圆形谐振腔滤波器，因此输入的信号先被功分成两路，然后分别经过由四分之一模基片集成波导圆形腔3以及扰动金属孔构成的带通滤波器进行滤波，最后从两个信号输出端9分别输出等幅同相的信号。

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。