[发明专利]一种可调谐基片集成波导圆形谐振腔滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调谐基片集成波导圆形谐振腔滤波器，属于毫米波技术。

背景技术

随着现代微波毫米波电路系统的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量越来越轻；整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。因此，迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)是一种立体的周期性结构，它能够集成工艺制作，通过金属通孔或者空气过孔限制向外辐射的电磁波，从而代替传统矩形金属波导或者非辐射介质波导。

高品质因数谐振器是许多有源和无源电路的优越性能的一个典型指标。总所周知，SIW在平面微波器件中具有较高品质因素。SIW技术已经应用于许多微波器件，用SIW实现的器件保持了传统的金属波导的优点：1、低损耗和高品质因素；2、永久电隔离；3、大功率处理能力4、与其他各种有源和无源电路的高集成性。

对频谱的动态管理的重要需求是公认的，软件无线电增加了对射频/微波器件处理不同频段的需求。微波滤波器成为设计上述系统的主要制约因素，需要能覆盖更多的频段。这就需要能够使SIW滤波器可调谐，具有更高的调谐范围，同时保持高的品质因素。现有的调谐方法主要有：变容二极管边带耦合的电调谐，通过PN二极管或者变容二极管对过孔的扰动的电调谐，在铁氧基辅助下的电调谐，以及对工控的机械调谐。基于机械调谐的现有技术虽然线性度比较好，工艺复杂，制作难度较大，同时调谐范围比较窄。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可调谐基片集成波导圆形谐振腔滤波器，工艺简单，在实现可调谐频率的同时，具有调谐频率可预测的特性；解决了现有的工艺复杂、制作难度较大、调谐范围比较窄的缺陷。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可调谐基片集成波导圆形谐振腔滤波器，该滤波器采用对称的圆形SIW谐振腔结构作为基本单元，圆形SIW谐振腔结构包中间介质基片，在中间介质基片的上表面设置有顶层金属层，在中间介质基片的下表面设置有底层金属层，沿圆周方向在中间介质基片上设置有周期排布的金属化通孔，金属化通孔电连接顶层金属层和底层金属层；其特征在于：圆形SIW谐振腔结构的中间介质基片上还设置有一个空气槽，空气槽贯通顶层金属层、中间介质基片和底层金属层，空气槽在中间介质基片的半径方向上，空气槽一端位于中间介质基片的圆心位置，空气槽的另一端不超过金属化通孔；在空气槽内设置一个可沿中间介质基片的半径方向移动的金属柱，空气槽和金属柱共同构成调谐单元，通过调节金属柱与中间介质基片的圆心距离调节圆形SIW谐振腔结构的主模谐振频率；圆形SIW谐振腔结构的输入输出采用微带线-共面波导结构，圆形SIW谐振腔结构的输入输出端阻抗首先匹配到50Ω，然后再用50Ω微带线连接外部器件。

上述圆形SIW谐振腔结构，理论上设计空气槽仅贯通中间介质基片，空气槽上方保留顶层金属层，下方保留底层金属层，以避免信号泄露；但是考虑到方便调节金属柱，在此设计空气槽同时贯通顶层金属层、中间介质基片和底层金属层，但是在实际使用过程中，调节完成金属柱的位置后，在空气槽的的上方和下方覆盖金属片，以避免信号泄露。

上述圆形SIW谐振腔结构，在中间介质基片上加载周期性的金属化通孔，能够将电磁场包围在金属化通孔围成的腔体的中间介质基片中，形成类似波导的结构；上述调谐单元由空气槽和金属柱共同构成，金属柱与中间介质基片的圆心距离决定了圆形SIW谐振腔结构的主模谐振频率，主模谐振频率可以连续调节，并且金属柱与中间介质基片的圆心距离与模谐振频率形成一一对应的关系。

优选的，圆形SIW谐振腔结构的输入输出微带线的夹角为60°～90°，理论上的最优夹角为75°。

优选的，该滤波器中，任意相邻两个圆形SIW谐振腔结构位置满足中心对称，以方便理论分析与研究。

有益效果：本发明提供的可调谐基片集成波导圆形谐振腔滤波器，与现有技术相比，具有如下特点：1、滤波器采用对称的圆形SIW谐振腔结构作为基本单元，整体设计满足中心对称，便于理论分析与计算，设计周期短；2、滤波器的调谐单元结构简单，调谐范围宽，调谐参数唯一；3、滤波器不需要采用额外的元器件实现调谐功能，成本低；4、滤波器的谐振频率可由调谐单元的调谐参数唯一确定，主模频率是可以连续调节，并且与金属柱与圆形SIW谐振腔结构圆心的距离成一一对应关系。