[發(fā)明專利]一種可調(diào)諧基片集成波導圓形諧振腔濾波器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510398499.0
• 申請日: 2015-07-08
• 公開（公告）號: CN105048051B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周健義;黃菲
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H01P7/06
• 分類號: H01P7/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 黃成萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可調(diào)諧基片集成波導圓形諧振腔濾波器，屬于毫米波技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代微波毫米波電路系統(tǒng)的高速發(fā)展，其功能越來越復雜、電性能指標要求越來越高，同時要求其體積越來越小、重量越來越輕；整個系統(tǒng)迅速向小型化、輕量化、高可靠性、多功能性和低成本方向發(fā)展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技術(shù)對于開發(fā)商業(yè)化的低成本微波毫米波寬帶系統(tǒng)非常關(guān)鍵。因此，迫切需要發(fā)展新的微波毫米波集成技術(shù)?；刹▽?Substrate Integrated Waveguide，SIW)是一種立體的周期性結(jié)構(gòu)，它能夠集成工藝制作，通過金屬通孔或者空氣過孔限制向外輻射的電磁波，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)矩形金屬波導或者非輻射介質(zhì)波導。

高品質(zhì)因數(shù)諧振器是許多有源和無源電路的優(yōu)越性能的一個典型指標?？偹苤?，SIW在平面微波器件中具有較高品質(zhì)因素。SIW技術(shù)已經(jīng)應用于許多微波器件，用SIW實現(xiàn)的器件保持了傳統(tǒng)的金屬波導的優(yōu)點：1、低損耗和高品質(zhì)因素；2、永久電隔離；3、大功率處理能力4、與其他各種有源和無源電路的高集成性。

對頻譜的動態(tài)管理的重要需求是公認的，軟件無線電增加了對射頻/微波器件處理不同頻段的需求。微波濾波器成為設(shè)計上述系統(tǒng)的主要制約因素，需要能覆蓋更多的頻段。這就需要能夠使SIW濾波器可調(diào)諧，具有更高的調(diào)諧范圍，同時保持高的品質(zhì)因素。現(xiàn)有的調(diào)諧方法主要有：變?nèi)荻O管邊帶耦合的電調(diào)諧，通過PN二極管或者變?nèi)荻O管對過孔的擾動的電調(diào)諧，在鐵氧基輔助下的電調(diào)諧，以及對工控的機械調(diào)諧?；跈C械調(diào)諧的現(xiàn)有技術(shù)雖然線性度比較好，工藝復雜，制作難度較大，同時調(diào)諧范圍比較窄。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可調(diào)諧基片集成波導圓形諧振腔濾波器，工藝簡單，在實現(xiàn)可調(diào)諧頻率的同時，具有調(diào)諧頻率可預測的特性；解決了現(xiàn)有的工藝復雜、制作難度較大、調(diào)諧范圍比較窄的缺陷。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種可調(diào)諧基片集成波導圓形諧振腔濾波器，該濾波器采用對稱的圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)作為基本單元，圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)包中間介質(zhì)基片，在中間介質(zhì)基片的上表面設(shè)置有頂層金屬層，在中間介質(zhì)基片的下表面設(shè)置有底層金屬層，沿圓周方向在中間介質(zhì)基片上設(shè)置有周期排布的金屬化通孔，金屬化通孔電連接頂層金屬層和底層金屬層；其特征在于：圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)的中間介質(zhì)基片上還設(shè)置有一個空氣槽，空氣槽貫通頂層金屬層、中間介質(zhì)基片和底層金屬層，空氣槽在中間介質(zhì)基片的半徑方向上，空氣槽一端位于中間介質(zhì)基片的圓心位置，空氣槽的另一端不超過金屬化通孔；在空氣槽內(nèi)設(shè)置一個可沿中間介質(zhì)基片的半徑方向移動的金屬柱，空氣槽和金屬柱共同構(gòu)成調(diào)諧單元，通過調(diào)節(jié)金屬柱與中間介質(zhì)基片的圓心距離調(diào)節(jié)圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)的主模諧振頻率；圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)的輸入輸出采用微帶線-共面波導結(jié)構(gòu)，圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)的輸入輸出端阻抗首先匹配到50Ω，然后再用50Ω微帶線連接外部器件。

上述圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)，理論上設(shè)計空氣槽僅貫通中間介質(zhì)基片，空氣槽上方保留頂層金屬層，下方保留底層金屬層，以避免信號泄露；但是考慮到方便調(diào)節(jié)金屬柱，在此設(shè)計空氣槽同時貫通頂層金屬層、中間介質(zhì)基片和底層金屬層，但是在實際使用過程中，調(diào)節(jié)完成金屬柱的位置后，在空氣槽的的上方和下方覆蓋金屬片，以避免信號泄露。

上述圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)，在中間介質(zhì)基片上加載周期性的金屬化通孔，能夠?qū)㈦姶艌霭鼑诮饘倩讎傻那惑w的中間介質(zhì)基片中，形成類似波導的結(jié)構(gòu)；上述調(diào)諧單元由空氣槽和金屬柱共同構(gòu)成，金屬柱與中間介質(zhì)基片的圓心距離決定了圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)的主模諧振頻率，主模諧振頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，并且金屬柱與中間介質(zhì)基片的圓心距離與模諧振頻率形成一一對應的關(guān)系。

優(yōu)選的，圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)的輸入輸出微帶線的夾角為60°～90°，理論上的最優(yōu)夾角為75°。

優(yōu)選的，該濾波器中，任意相鄰兩個圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)位置滿足中心對稱，以方便理論分析與研究。

有益效果：本發(fā)明提供的可調(diào)諧基片集成波導圓形諧振腔濾波器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點：1、濾波器采用對稱的圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)作為基本單元，整體設(shè)計滿足中心對稱，便于理論分析與計算，設(shè)計周期短；2、濾波器的調(diào)諧單元結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)諧范圍寬，調(diào)諧參數(shù)唯一；3、濾波器不需要采用額外的元器件實現(xiàn)調(diào)諧功能，成本低；4、濾波器的諧振頻率可由調(diào)諧單元的調(diào)諧參數(shù)唯一確定，主模頻率是可以連續(xù)調(diào)節(jié)，并且與金屬柱與圓形SIW諧振腔結(jié)構(gòu)圓心的距離成一一對應關(guān)系。