本发明属于电子信息
技术领域：
，具体为一种双层板的半模基片集成波导(hmsiw)双模双频带滤波器，是一种带宽可独立控制、小型化的hmsiw双频带射频滤波器。
背景技术：
：随着无线通信的快速发展，对双频带和多频带滤波器的需求越来越大，需要滤波器具有体积小，损耗低，频率选择性高，灵活性高的特点。新兴的基板集成波导(siw)技术，由于低成本，低轮廓，相对高q值，高功率处理能力和高密度集成的优点，代表了现代无线通信系统非常有希望的候选者，为微波和毫米波应用提供了有吸引力的平台。在过去几年中，已经基于siw结构进行了多种技术的研究和开发，以实现双频带或多频带bpf。(1)一种实现方法是在一个滤波器电路中单独合成两个单频带bpf，然后与专门设计的匹配网络并联，形成一个双频带滤波器，导致电路尺寸较大。(2)另一种方法是通过在siw表面上加载不同类型的互补分裂环谐振器(csrr)分别产生在siw截止频率之下传播的多个通带。然而，由于缺乏设计自由度，这种多频带bpf通常难以实现更高阶的响应。并且由于表面的槽结构导致滤波器的辐射损耗增加，降低了滤波器的性能。(3)此外，带阻谐振器通过一个反相器与带通谐振器耦合，以实现双带或多带滤波响应。然而，这种技术仅适用于具有彼此相邻的通带的那些bpf，并且滤波器的尺寸比较大。减小双频带siw滤波器尺寸的有效设计技术是充分利用谐振腔中的基模和高阶模式。两个相邻siw腔通过开窗磁耦合可以实现双模双频带滤波器，但是两个通带带宽不能独立控制。为了进一步的减小siw双频带滤波器的尺寸，大家趋向于设计hmsiw双频带滤波器，或是采用多层板的方法，但是如何控制hmsiw双频带滤波器的通带带宽独立控制依然是个问题。目前基于hmsiw双模双频带滤波器是比较少的，具有两个带宽可独立控制的小型化的双频带siw滤波器更是及其少的。为了满足现代多标准无线通信的发展，研究具有带宽可独立控制，小型化的siw双频带滤波器具有迫切需求。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双层折叠的带宽可独立控制的半模基片集成波导(hmsiw)结构的双模双频带滤波器。本发明利用半模基片集成波导中的te101和te201模式同时工作，通过垂直混合电磁耦合方式形成两个通带，可以独立的控制两个通带的带宽，采用折叠双层hmsiw结构大大减小了双频带滤波器的尺寸，符合现代无线通信系统对于小型化、多频带的要求。本发明滤波器主要包括两个hmsiw谐振腔，输入输出馈线，以及六个耦合槽。所述的滤波器主要由上下叠加的两层介质板构成，上层介质板的上表面铺设有第一金属层及输入馈线，下层介质板的下表面铺设有第二金属层及输出馈线，上下介质板间设有中间金属层；所述的下层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第二金属柱，这些金属柱围合成“匚”结构；上层介质板设有贯穿介质板的若干周期性分布第一金属柱，这些金属柱围合的结构为第二金属柱围合结构水平翻转后的结构，大小尺寸相同；且呈“匚”结构水平翻转后的若干第一金属柱两臂与呈“匚”结构的若干第二金属柱两臂位置重合，即重合部分的第一金属柱、第二金属柱上下设置；上述第一、二金属柱同时分别贯穿第一、二金属层；上层介质板、第一金属层、若干第一金属柱、中间金属层构成了第一个hmsiw谐振腔；下层介质板、第二金属层、若干第二金属柱、中间金属层构成了第二个hmsiw谐振腔。所述的中间金属层设有两列耦合槽，每列设有三个耦合槽；左侧第一列耦合槽从上至下命名为第一至三耦合槽，右侧第一列耦合槽从上至下命名为第四至六耦合槽；位于队列中间位置的第二、第五耦合槽分别设置在第一、二hmsiw谐振腔的te101模式电场最强的位置；第一、三耦合槽设置在第一hmsiw谐振腔的te201模式电场最强的位置，第四、六耦合槽设置在第二hmsiw谐振腔的te201模式电场最强的位置；所述的耦合槽形状不做限定，可以是半圆形、圆形等等。所述的输入馈线、输出馈线分别位于第一、二hmsiw谐振腔的虚拟磁壁侧。所述的输入馈线与第一hmsiw谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离ti，影响输入端的外部耦合系数；输出馈线与第二hmsiw谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离to，影响输出端的外部耦合系数；第一、二hmsiw谐振腔的大小决定te101、te201模式的谐振频率；第一、二金属柱的直径d满足条件:d＜0.2λ，其中λ是谐振模式波长，相邻金属柱间的距离p需满足条件p<2*d，以防止谐振腔电磁能量泄露；第二、五耦合槽的尺寸面积主要影响te101模式的耦合强度，第一、三、四、六耦合槽的尺寸面积主要影响te201模式的耦合强度；进一步地，双频带滤波器采用双层pcb板叠加工艺或ltcc工艺。当hmsiw谐振腔的te101和te201模式同时工作，两个hmsiw谐振腔的te101模式构成第一个通带，两个hmsiw腔的te201模式构成第二个通带。工作过程：所述的滤波器存在两个hmsiw谐振腔，每个谐振腔的te101和te201模式同时工作，两个谐振腔以上下叠加的方式，通过垂直混合电磁耦合形成双频带滤波器，两个谐振腔的te101模式构成第一通带，两个谐振腔的te201模式构成第二通带，垂直耦合是通过中间金属层的耦合槽实现，改变耦合槽的大小可以改变混合电磁耦合强度，中间金属层的第二、五耦合槽主要控制第一个通带的耦合强度，中间金属层的第一、三、四、六耦合槽主要控制第二个通带的耦合强度，通带带宽可独立控制。本发明的有益效果如下：本发明创新性的将hmsiw交错折叠，利用hmsiw的双模式同时工作，通过中间金属层的不同位置开耦合槽形成双频带滤波器，所述的双频带滤波器的两个通带带宽可独立控制，设计的滤波器的尺寸大大减小，并且制造工艺要求低。附图说明图1为本发明的结构示意图，包括三层金属层的结构图，其中图(a)是顶层(上介质板的上表面)，图(b)是中间层(上介质板与下介质板的中间层)，图(c)是底层(下介质板的下表面)；图2为本发明结构的侧视图；图3为本发明滤波器的s参数仿真曲线；其中1为第一金属柱，2为输入馈线，3为第一金属层，ti为输入馈线与第一hmsiw谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离，4-9分别为第一至六耦合槽，10为中间金属层，11为第二金属层，12为输出馈线，13为上介质板，14为下介质板，15为第二金属柱，to为输出馈线与第二hmsiw谐振腔的虚拟磁壁中间位置的距离，d是金属柱的直径，p是相邻金属柱之间的距离，h是介质板的厚度，a、b是hmsiw谐振腔的长、宽。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步说明如图1、2所示，该发明hmsiw双频带滤波器由两层pcb板叠加而成，下层介质板14设有贯穿介质板的若干周期性分布第二金属柱15，这些金属柱围合成“匚”结构；上层介质板13设有贯穿介质板的若干周期性分布第一金属柱1，这些金属柱围合的结构为第二金属柱围合结构水平翻转后的结构，大小尺寸相同；且呈“匚”结构水平翻转后的若干第一金属柱1两臂与呈“匚”结构的若干第二金属柱15两臂位置重合，第一金属柱1、第二金属柱15同时分别贯穿第一金属层3和第二金属层11。上层介质板13、第一金属层3、若干第一金属柱1、中间金属层10构成了第一个hmsiw谐振腔；下层介质板14、第二金属层11、若干第二金属柱15、中间金属层10构成了第二个hmsiw谐振腔。通过改变hmsiw腔的长宽a、b以及介质板的厚度h可以调整hmsiw谐振腔的谐振频率。如图1、2所示，上下两层pcb板是呈“匚”结构水平翻转折叠放置的，第一hmsiw谐振腔的虚拟磁壁在左边，第二hmsiw谐振腔的虚拟磁壁在右边，这是为了将第一、二hmsiw谐振腔的电场最强的位置分开，然后通过在中间金属层10开耦合槽实现双频带滤波器的上下垂直混合电磁耦合。如图1所示，中间层金属层10设有第一至六耦合槽，即4-9半圆形槽，当然其他形状的槽，如圆形、矩形槽也可以实现耦合，这里采用半圆形槽主要是因为hmsiw的te101和te201模式的电场是呈半圆形分布的，其半圆圆心位置电场最强，由圆心向周边逐渐变弱。第一hmsiw谐振腔的左边虚拟磁壁的电场最强，第二hmsiw谐振腔的右边虚拟磁壁的电场最强，第二耦合槽5、第五耦合槽8分别是在第一hmsiw谐振腔和第二hmsiw谐振腔的te101模式电场最强位置的耦合槽，通过垂直混合电磁耦合，改变第二耦合槽5、第五耦合槽8的大小主要可以控制te101模式的耦合强度，调整第一通带的带宽。第一耦合槽4、第三耦合槽6是在第一hmsiw谐振腔的te201模式电场最强位置的耦合槽，第四耦合槽7、第六耦合槽9是在第二hmsiw谐振腔的te201模式的电场最强位置的耦合槽，通过垂直混合电磁耦合，改变第一耦合槽4、第三耦合槽6、第四耦合槽7和第六耦合槽9的大小主要可以控制te201模式的耦合强度，调整第二通带的带宽。第一、二hmsiw谐振腔的te101和te201模式同时工作，双频带滤波器的第一通带由两个hmsiw谐振腔的te101模式构成，第二通带由两个hmsiw谐振腔的te201模式构成。通过调整第一至六(4-9)耦合槽的大小，双频带滤波器的两个通带带宽可以独立控制。如图1、2所示，所述的双频带滤波器的输入馈线2加载在第一hmsiw谐振腔的虚拟磁壁侧，通过改变输入馈线2与第一hmsiw谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离ti，调整输入端的外部耦合qe值；输出馈线12加载在第二hmsiw谐振腔的虚拟磁壁侧，通过改变输出馈线12与第二hmsiw谐振腔的虚拟磁壁中间位置的最短距离to，调整输出端的外部耦合qe值。表1显示了所述的滤波器的所有结构参数的具体数值。表1滤波器结构设计参数，单位：毫米w1l1w2l2abpdtitod1d2d3d4d5d6h1.281.28502110.67.87.89899890.508从附图3(a)可以看出本发明的双频带滤波器插入损耗小，矩形系数高，选择性好；图3(b)、(c)可以看出本发明的滤波器的两个通带带宽可以独立控制。本发明创新性的将hmsiw交错折叠，利用hmsiw的双模式同时工作，通过中间金属层的不同位置开耦合槽形成双频带滤波器，本发明的双频带滤波器的通带带宽可独立控制，设计的滤波器尺寸大大减小，并且制造工艺要求低。当前第1页12