本发明属于微波毫米波通信及电子设备与器件设计领域，具体涉及一种基于膜片加载技术的波导模式抑制器。
背景技术：
随着微波毫米波通信及高频电子设备与器件设计的飞速发展，电磁环境日益复杂，因此在高频高性能通信系统和电子设备与器件的研发过程中，电磁干扰与电磁屏蔽相关的性能要求越来越高。另一方面，高频化、高速化、数字化、小型化、集成化让平面型电子电路及器件的设计方案大受青睐，然而，工作频段较高双频、多频、宽频带工作的平面型微波毫米波电路及器件，在正常工作时不可避免的在周围空间产生相应的电磁场分布，不同频段、不同回路的电磁波之间的电磁耦合影响器件、电路甚至整个设备、系统的性能降级甚至损坏。解决该问题的一个行之有效的措施就是电磁屏蔽，将不同功能的平面电路放置在屏蔽接地良好的屏蔽体内，不仅满足电路设备封装及机械稳定性的要求，也在很大程度上减少由于电磁干扰带来性能降级的可能性。
然而又一重要问题随之出现，即屏蔽腔体内的波导模式与平面电路中的传输线模式的电磁干扰问题。当微波毫米波电路及器件被放置于屏蔽腔体内并工作时，平面电路中的电磁场分布一般为传输线模式(工作模式)，对于开放结构的高频传输线，正常工作时总会有部分电磁波泄漏到周围空间中；屏蔽体一般为金属腔体结构(也有部分为磁性材料屏蔽体)，满足一定条件时即有可能在其内部激励起波导模式(干扰模式)。在一般的较低工作频段且波导模式场强较小或可忽略时，电路及器件的正常工作状态可以维持，但在较高频段、波导模式场强较大、模式互耦较强时，前述的正常状态就极有可能被破坏，一些高频高阶波导模会带来一些意想不到的扰动、甚至给整个电路或设备带来危害，因此研制具有波导模式抑制功能的屏蔽体是当务之急。此外，波导模式抑制器的设计还有如下要求：一是为确保屏蔽体内的平面电路维持正常工作状态，模式抑制器的抑制作用应为仅仅针对作为干扰模式的波导模式场，而对传输线模式没有影响或影响可忽略；二是模式抑制器的工作频带应覆盖平面电路的工作带宽，且工作带宽增加时结构复杂度变化不大；三是模式抑制器的结构应尽可能简单，从而可以充分利用平面电路以外的空间分布，也可以考虑将模式抑制器的结构揉合到平面电路的设计中。总之，损耗低、结构简单、抑制性能好的波导模式抑制器的研制，具有非常重要的实用意义。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出了一种基于膜片加载技术的波导模式抑制器，通过在金属腔体内周期或非周期加载简单结构的膜片，抑制所需工作带宽内的干扰性波导模式，而对传输线模式的场分布没有显著影响或影响可忽略，其中起到波导模式抑制作用的膜片可以设计为全金属结构、介质基片刻蚀金属结构、介质基板金属化通孔结构等，抑制器的工作带宽可以通过设计膜片个数及加载间距来改变，从而满足不同应用场合的工作需求。
本发明可通过如下技术方案实现：一种基于膜片加载技术的波导模式抑制器，包含：一个金属腔体1；一个或多个金属膜片2(或介质基片表面刻蚀的金属膜片，或双面覆铜的介质基片结合金属化过孔达成等同效果的结构)，膜片形状为倒置t形或根据需要设计的其它形状。
作为本发明的进一步优化方案，所述金属腔体1沿其长度方向的外形及内部腔体尺寸均没有变化，腔体内部为空气或介质填充，金属腔体的横截面形状可以为矩形、圆形、椭圆形或其它形状。
作为本发明的进一步优化方案，所述金属腔体1的长度和宽度应为能合理排布其内部平面电路并且保证其正常工作状态的最小尺寸。
作为本发明的进一步优化方案，所述金属膜片2可以为一个或多个，膜片2形状可为倒置t形，亦可为工字形或其他形状，倒置t形膜片的对称双臂分别与腔体两侧窄边相连，第三臂与腔体一侧宽边(与介质基片的全金属地所在宽边相对)相连。
作为本发明的进一步优化方案，所述膜片2的材质可为具有一定厚度的全金属材质膜片，亦可为采用双面覆铜的介质基板蚀刻而成的金属片，亦可采用双面覆铜的介质基片结合金属化过孔的结构达成等同效果。
作为本发明的进一步优化方案，所述金属膜片2的放置位置为，每个膜片表面垂直于金属腔体的长度方向，多个膜片的排列方向平行于长度方向；多个膜片可以为相同形状和尺寸的周期性加载膜片，也可以为相同形状和不同尺寸的非周期性加载膜片。
作为本发明的进一步优化方案，金属腔体内置平面电路的长度小于或者等于所述金属腔体1的长度，宽度小于或者等于其所在的所述金属腔体1内壁的宽度。
作为本发明的进一步优化方案，金属腔体内置平面电路的放置位置为，可紧贴所述金属腔体1的一侧宽壁或一侧窄壁，亦可悬置于腔体内部空气中或介质中。
有益效果
1、本发明提出的波导模式抑制器，具有结构简单、损耗低、抑制效果好等特点。
2、本发明提出的波导模式抑制器，能通过膜片形状、个数及加载间距的调节在所需频段实现对波导模式的抑制，但不影响平面电路中的传输线模式，有益于降低电磁干扰影响，改善微波毫米波平面电路的电磁兼容设计。
附图说明
图1是本发明波导模式抑制器的立体图。(图中port1和port2为用于本发明波导模式抑制器设计和测试的金属腔体端面)
图2是本发明实施例含波导模式抑制器的屏蔽微带线立体图。(图中port1和port2为用于本发明波导模式抑制器设计和参数测试的金属腔体端面，port3和port4为用于本发明波导模式抑制器实施例-微带传输线-设计和参数测试的端面，1为本发明模式抑制器所包含的金属腔体；2为位于金属腔体1一侧宽边的一个或多个金属膜片，3为实施例腔体1内平面电路的介质基板，4为该平面电路介质基板3的一个全金属表面，5为该平面电路介质基板3的另一个表面-矩形金属条带)
图3是本发明实施例含波导模式抑制器的屏蔽微带线横向截面图。
图4是本发明中未含波导模式抑制器的金属腔体波导模式的s参数曲线。
图5是本发明中未含波导模式抑制器的屏蔽微带线，其传输线模式s参数曲线，该曲线在加入波导模式抑制器后，无论抑制器结构为单个或多个膜片，均无明显变化。
图6是本发明实施例波导模式抑制器结构为单个膜片时，金属腔体波导模式的s参数曲线。
图7是本发明实施例波导模式抑制器结构为三个膜片时，金属腔体波导模式的s参数曲线。
图8是本发明实施例波导模式抑制器结构为五个膜片时，金属腔体波导模式的s参数曲线。
图9是本发明实施例含波导模式抑制器的屏蔽微带线，其输入输出端电场分布示意图。输入端的电场分布由波导模式和传输线模式场叠加而成，经由波导模式抑制器的作用，输出端波导模式电场强度的幅度大幅降低，而传输线模式的场分布变化很小(可忽略)。
图10是本发明中未含波导模式抑制器的屏蔽微带线，其内部波导模式与传输线模式之间的s参数曲线，表示波导模式与传输线之间的耦合度。
图11是本发明实施例波导模式抑制器结构为五个膜片时，其内部波导模式与传输线模式之间的s参数曲线，表示波导模式与传输线之间的耦合度。图11与图10曲线的差别显示：本发明波导模式抑制器对于不同模式的电磁耦合问题具有一定的改善作用。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
对照附图1，本发明一种基于膜片加载技术的波导模式抑制器，包括金属腔体1，金属腔体一侧宽边放置的一个或多个金属膜片2，其中金属腔体(即实际应用中的金属屏蔽体)可根据实用需求确定，其横截面尺寸一旦确定，则结合平面电路的工作频段，即可相应确定所有可能被激励的波导模式。膜片2的个数和形状取决于所需抑制的模式个数、整个平面电路的波导模式抑制频段。
实施例：
对照附图2和附图3，上述的波导模式抑制器用于屏蔽微带线结构中，具体还包含，一个位于金属腔体内部的介质基片3，介质基片的一个表面为全金属地板4，并紧贴腔体一侧宽边放置，介质基片的另一个表面为矩形金属条带5，作为其他实施例，金属条带5可以为其他形状金属贴片或金属贴片开槽(槽内无金属)，其与全金属地板构成高频传输线或其他电路及器件。介质基片3的厚度、介电常数以及位于其一面的金属条带5形状及尺寸等参数，根据实际平面电路的指标需求来设置。膜片2的形状为倒t形、个数为一个、三个、五个，且该膜片具有对称结构，放置位置为不同于介质基片3放置位置的腔体另一侧宽边，放置方向为膜片2表面垂直于腔体1的长度方向，多个膜片2的排列方向为平行于腔体1的长度方向，倒置t形膜片2的对称两臂与腔体1的两个窄壁相连，第三臂与腔体1的宽壁相连，用于抑制平面电路或器件工作频段内的波导模式。该倒置t形膜片2可根据需要设计为其他形状，该倒t形膜片2的材质可以具有一定厚度的全金属材质膜片，亦可为采用双面覆铜的介质基板蚀刻而成的金属片，亦可采用双面覆铜的介质基片结合金属化过孔达成等同效果的膜片。
为实现对传输线模式无影响、而对波导模式良好抑制的特性，需要确定倒t形膜片2的物理尺寸，包括其对称两臂的宽度、第三臂的长度和宽度、整个膜片的厚度，必要时对称两臂与第三臂的膜片厚度可为不同值，以此增加设计自由度。均匀腔体内加载的膜片可等效为并联的串联lc(电感—电容串联)模型，前述的倒置t形膜片的各物理尺寸会对l和c有不同影响，而倒置t形膜片的个数和间距则会影响模式抑制带宽和抑制系数。通过综合优化倒置t形膜片的大小、位置、个数和间距，可以调整模式抑制的中心频率、抑制带宽以及模式抑制系数。
附图4所示的是未含波导模式抑制器的金属腔体内，波导模式的s参数曲线。该曲线在加入波导模式抑制器后，根据抑制器结构为单个或多个膜片，可以呈现不同的端口反射和传输曲线。
附图5所示的是未含波导模式抑制器的金属腔体内，屏蔽微带线的传输线主模s参数曲线，该曲线在加入波导模式抑制器后，无论抑制器结构为单个或多个膜片，均无明显变化。
附图6所示的是实施例波导模式抑制器结构为单个膜片时，金属腔体波导模式的s参数曲线。可以发现，单膜片结构的模式抑制带宽不宽，但在所设计的lc谐振频率点，可以达到小于-30db的模式传输系数，以及接近0db的模式抑制系数，模式传输系数的-10db带宽约为1ghz，模式抑制带宽两侧的s曲线斜率较低，因此，单膜片结构的波导模式抑制器仅适合工作在窄带和过渡特性要求不高的应用场合。
附图7所示的是实施例波导模式抑制器结构为三个膜片时，金属腔体波导模式的s参数曲线。可以发现，与单膜片结构相比，双膜片结构的模式抑制器带宽较宽，在所设计的抑制带宽内，可以达到-40db以下的最小模式传输系数，以及接近0db的模式抑制系数，模式传输系数的-10db带宽约为4.5ghz，模式抑制带宽两侧的s曲线斜率较大，因此，双膜片结构的波导模式抑制器适合工作在宽带和过渡特性要求较高的应用场合。
附图8所示的是实施例波导模式抑制器结构为五个膜片时，金属腔体波导模式的s参数曲线。可以发现，与单膜片、双膜片结构相比，三膜片结构的模式抑制器带宽较宽，模式传输系数的-10db带宽大于6ghz，覆盖相同横截面尺寸的标准矩形波导单主模工作带宽，几乎在整个抑制带宽内达到小于-20db的模式传输系数，以及接近0db的模式抑制系数，模式抑制带宽两侧的s曲线斜率比三膜片结构更大，因此，三膜片结构的波导模式抑制器适用于标准波导尺寸的屏蔽体内，模式抑制为波导主模工作的全频带。
附图9所示的是实施例含波导模式抑制器的屏蔽微带线，其输入输出端电场分布示意图。输入端的电场分布由波导模式和传输线模式场叠加而成，经由波导模式抑制器的作用，输出端的波导模式电场强度幅度大幅降低，而传输线模式的场分布变化很小(可忽略)。
附图10所示的是未含波导模式抑制器的屏蔽微带线，其内部波导模式与传输线模式之间的s参数曲线，表示波导模式与传输线之间的耦合曲线。可以看到间距较近的波导端口和传输线端口之间耦合度较大，最大值达-14db，间距较远的波导端口和传输线端口之间耦合度较小。
附图11所示的是实施例波导模式抑制器结构为五个膜片时，其内部波导模式与传输线模式之间的s参数曲线，表示波导模式与传输线之间的耦合曲线。可以看到无论间距较近或是较远，波导端口和传输线端口之间耦合度曲线趋向于一致，在波导模式抑制带宽12ghz～18ghz上，耦合度最大值约为-18db，相比无波导模式抑制功能时的相应曲线，减小约-4db，说明了波导模式抑制器对于不同模式的电磁耦合问题具有一定的改善作用。
综上所述，本发明基于膜片加载技术的波导模式抑制器，可在所需频段实现对波导模式的抑制，但不影响平面电路中的传输线模式，且在一定程度上减小了波导模式和传输线模式的耦合，有益于降低电磁干扰影响，改善微波毫米波平面电路的电磁兼容设计。同时，本发明中波导模式抑制器的膜片形状、个数、加载间距及膜片实现方式多样，抑制器整体结构简单、损耗低、抑制效果好、易与平面电路集成等特点。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解或想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。