基于双层SIW结构的混合耦合滤波器的制作方法

本发明涉及微波滤波器，具体涉及基于双层SIW结构的混合耦合滤波器，属于无线通信技术领域。

背景技术：

随着现代电子科技的发展，可利用的频谱资源日益紧张，特别是射频与微波低频段可以说已经到了捉襟见肘的地步, 为了提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，对滤波器频率选择特性的要求越来越高。这就要求滤波器必须具有陡峭的带外抑制,同时为了满足现代通信系统小型化的需求，滤波器的尺寸也显的尤为重要。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种基于双层SIW结构的混合耦合滤波器，该滤波器实现了垂直方向的混合电磁耦合，减少水平方向的尺寸，具有可控的传输零点，实现了良好的频率选择性，实现小型化的优点，其具体技术方案如下：

基于双层SIW结构的混合耦合滤波器，包括第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器，所述第一层圆形SIW谐振器包括滤波器上表面、第一介质基板和公用金属面；第二层圆形SIW谐振器包括滤波器下表面、第二介质基板和公用金属面；第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器共用同一公用金属面，所述公用金属面加载有两个圆孔，分别为第一圆孔和第二圆孔，第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器通过该公用金属面紧密结合；

所述第一介质基板内设置呈圆形排列的金属化过孔，该圆形排列的金属化过孔实现第一圆形谐振腔，所述第二介质基板内设置呈圆形排列的金属化过孔，该圆形排列的金属化过孔实现第二圆形谐振腔；

对应的圆形排列的金属化过孔环绕构成对应的圆形覆铜面；

所述滤波器上表面包括第一微带线转共面波导馈电结构：第一微带线为第一馈线，该共面波导由在圆形覆铜面上开第一槽线和第二槽线形成，所述第一馈线位于第一槽线和第二槽线中间；所述滤波器下表面包括第二微带线转共面波导馈电结构：第二微带线为第二馈线；该共面波导由在圆形覆铜面上开第三槽线和第四槽线形成，所述第二馈线位于第三槽线和第四槽线中间；所述滤波器上表面与滤波器下表面关于公用金属面的圆形覆铜面的圆心呈中心对称；

所述滤波器上表面和滤波器下表面四周均设置四个非金属化过孔。

所述滤波器上表面的边缘设置有输出端口，该输出端口位于第一馈线的中心，所述滤波器下表面的边缘设置有输入端口，该输入端口位于第二馈线的中心，所述输出端口和输入端口位于公用金属面的一组相对侧。

所述滤波器上表面的边缘设置有输入端口，该输入端口位于第一馈线的中心，所述滤波器下表面的边缘设置有输出端口，该输出端口位于第二馈线的中心，所述输出端口和输入端口位于公用金属面的一组相对侧。

选定公用金属面的中心为坐标原点建立三角坐标系，将第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器水平放置，竖直方向为Z轴方向，第一圆孔的圆心和第二圆孔的圆心所在直线为Y轴方向，X轴方向确定，所述第一槽线和第二槽线关于Y轴对称，所述第三槽线和第四槽线关于Y轴对称；第一槽线、第二槽线、第三槽线和第四槽线结构相同，上谐振腔和下谐振腔关于坐标原点中心对称。

所述上谐振腔和下谐振腔的半径均为10.8mm，第一圆孔和第二圆孔的半径均为2.35mm，第一圆孔和第二圆孔距坐标原点的距离均为4.4mm；第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器均关于y轴对称。

所述第一槽线和第二槽线为相反方向设置的L型槽线，第一槽线和第二槽线关于Y轴对称，第一槽线平行于Y轴的槽线的长度为3mm，第一槽线平行于X轴方向上的槽线的长度为3.2mm，第一槽线的缝隙宽0.15m。

所述金属化过孔的直径为0.15mm。

所述第一馈线和二馈线特性阻抗均为50欧姆。

本发明的工作原理是：

混合耦合是指相邻谐振器间同时存在电场耦合和磁场耦合的情况，磁耦合系数与电耦合系数之比决定了传输零点的位置，电耦合系数和磁耦合系数越接近则传输零点越靠近中心频率。而由于总耦合系数的大小是磁耦合系数与电耦合系数之差，电耦合系数与磁耦合系数越接近则总耦合系数越小，从而使滤波器的带宽也很小。

本发明的有益效果是：

本发明，通过在第一圆形谐振腔和第二圆形谐振腔间的公共金属面上加载两个对称的圆孔，没有增加额外体积，在第一圆形谐振腔和第二圆形谐振腔间通过加载的圆孔引入混合电磁耦合使垂直直线拓扑滤波器产生传输零点，并调节圆孔偏离圆心的距离从而控制传输零点的位置，提高滤波器的选择性，整个结构紧凑。

本发明为垂直结构的直线拓扑滤波器，具有灵活可控的传输零点，能起到提高选择性的作用，且具有结构紧凑的特点，避免引入电磁辐射和寄生频率。

附图说明

图1是本发明的垂直分解图，

图2是本发明的所采用印刷电路板的侧面示意图，

图3为本发明的第一层圆形SIW谐振器的上表面结构示意图，

图4为本发明的第一层圆形SIW谐振器的公用金属面结构示意图，

附图标记名称如下：

A1：第一槽线；A2：第二槽线；A3：第三槽线A4：第四槽线；

B1：第一馈线；B2：第二馈线；

C1：第一圆孔；C2：第二圆孔；

S1：介质基板；S2：上金属层；S3：下金属层；

Port1：输入端口；Port2：输出端口；

L1：滤波器上表面；L2：滤波器下表面；L3：公用金属面；

Q：金属化过孔；

O：坐标原点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明采用相对介电常数为3.38，厚度为0.813mm的Rogers 4003板材作为介质基板，也可以采用其他规格的微波板作为基板。如图2所示，在微波板的介质基片S1的上、下表面分别包覆有上金属层S2和下金属层S3。滤波器由两块Rogers 4003板构成，第一块微波板的下表面与第二块微波板的上表面紧密贴合，并通过非金属化过孔对齐、固定。

图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本基于双层SIW结构的混合耦合滤波器，包括第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器，所述第一层圆形SIW谐振器包括滤波器上表面L1、第一介质基板和公用金属面L3；（第一介质基板为一块滤波器的介质基片S1，滤波器上表面L1即图2中所述的上金属层S2，公用金属面L3即图2中所述的下金属层S3）。第二层圆形SIW谐振器包括滤波器下表面L2、第二介质基板和公用金属面L3；（第二介质基板为另一块滤波器的介质基片S1，滤波器下表面L2即图2中所述的下金属层S3，公用金属面L3即图2中所述的上金属层S2）。第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器共用同一公用金属面L3，第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器通过该公用金属面L3紧密结合；第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器尺寸相等，决定滤波器的频率；通过微带线转共面波导馈电结构，使馈电端易于匹配及集成。所述公用金属面L3加载有两个圆孔，分别为第一圆孔和第二圆孔，设计两个圆孔的目的是为了提高两个谐振腔间的耦合强度，改善匹配，避免零点靠近通带时，滤波器的带宽过窄。增加一个圆孔几乎不影响传输零点的位置，但明显改善了回波损耗并增加了滤波器的带宽，这是因为增加一个圆孔不会改变电耦合强度和磁耦合强度的比例，但会增加总耦合系数。第一圆孔和第二圆孔能够在上下谐振腔间同时引入电耦合和磁耦合，通过调节圆孔与坐标圆心的距离，使第一层与第二层谐振器之间形成混合电磁耦合；由于越靠近坐标圆心时电场强度越强，越靠近圆形覆铜面边缘时磁场强度越强，可以通过调节圆孔偏离坐标圆心的距离来控制混合耦合中电耦合强度和磁耦合强度的比例，从而获得一个位置可控的传输零点。

当圆孔向远离圆心方向移动，混合耦合中磁耦合的比例提高，传输零点向低频方向移动，直到传输零点出现在通带左侧；反之，当圆孔向靠近圆心方向移动，混合耦合中电耦合的比例提高，传输零点向高频方向移动，直到传输零点出现在通带右侧。

第一圆孔与第二圆孔的圆心位于y轴所在直线上时，圆孔引入的混合耦合效果最理想。这是由于馈电的共面波导结构破坏了谐振腔内场分布的对称性，使得圆孔位于y轴方向时，场的分布更加符合圆孔实现混合耦合的需要。

所述第一介质基板内设置呈圆形排列的金属化过孔Q，该圆形排列的金属化过孔Q实现第一圆形谐振腔，所述第二介质基板内设置呈圆形排列的金属化过孔Q，该圆形排列的金属化过孔Q实现第二圆形谐振腔；

对应的圆形排列的金属化过孔Q环绕构成对应的圆形覆铜面；

所述滤波器上表面L1包括第一微带线转共面波导馈电结构：第一微带线为第一馈线，该共面波导由在圆形覆铜面上开第一槽线和第二槽线形成，所述第一馈线位于第一槽线和第二槽线中间；所述滤波器下表面L2包括第二微带线转共面波导馈电结构：第二微带线为第二馈线；该共面波导由在圆形覆铜面上开第三槽线和第四槽线形成，所述第二馈线位于第三槽线和第四槽线中间；所述滤波器上表面L1与滤波器下表面L2关于公用金属面L3的圆形覆铜面的圆心呈中心对称；

所述滤波器上表面L1和滤波器下表面L2四周均设置四个非金属化过孔Q。安装时，由于滤波器共上下两层，为了将两层介质基板固定在一起，先在四个角打好过孔，再用螺丝固定。由于滤波器的两个端口分别位于上下两层基板，为了便于焊接SMA头，有意去掉了馈线附近的部分介质基板，并在另一块介质基板的对应区域镀铜，也就是说将共用的金属分别镀在两块基板上，为了保证两个基板上的金属镀铜能够充分接触，需要将每一块基板大面积覆铜。

所述滤波器上表面L1的边缘设置有输出端口，该输出端口位于第一馈线的中心，所述滤波器下表面L2的边缘设置有输入端口，该输入端口位于第二馈线的中心，所述输出端口和输入端口位于公用金属面L3的一组相对侧。

或者所述滤波器上表面L1的边缘设置有输入端口，该输入端口位于第一馈线的中心，所述滤波器下表面L2的边缘设置有输出端口，该输出端口位于第二馈线的中心，所述输出端口和输入端口位于公用金属面L3的一组相对侧。

本发明所述微波滤波器的输入端口和输出端口均采用SMA头焊接，以便接入测试或者与电路相连。

选定公用金属面L3的中心为坐标原点O建立三角坐标系，将第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器水平放置，竖直方向为Z轴方向，第一圆孔的圆心和第二圆孔的圆心所在直线为Y轴方向，X轴方向确定，所述第一槽线和第二槽线关于Y轴对称，所述第三槽线和第四槽线关于Y轴对称；第一槽线、第二槽线、第三槽线和第四槽线结构相同，上谐振腔和下谐振腔关于坐标原点O中心对称。

所述上谐振腔和下谐振腔的半径均为10.8mm，第一圆孔和第二圆孔的半径均为2.35mm，第一圆孔和第二圆孔距坐标原点O的距离均为4.4mm；第一层圆形SIW谐振器和第二层圆形SIW谐振器均关于Y轴对称。

图3为本发明的第一层圆形SIW谐振器的上表面结构示意图，图4为本发明的第一层圆形SIW谐振器的公用金属面L3结构示意图，结合附图可见，所述第一槽线和第二槽线为相反方向设置的L型槽线，第一槽线和第二槽线关于Y轴对称，第一槽线平行于Y轴的槽线的长度为3mm，第一槽线平行于X轴方向上的槽线的长度为3.2mm，第一槽线的缝隙宽0.15m。

所述金属化过孔Q的直径为0.15mm。

所述第一馈线和二馈线特性阻抗均为50欧姆。

本发明滤波器的散射参数仿真与实测结果：所述滤波器的中心频率为5.8GHz，其3dB相对带宽为3.8%，从图中可以看到仿真和实测结果基本吻合，其中测量误差的插入损耗略微偏大是源于加工误差以及开槽线在测试过程中的辐射损耗。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。