[发明专利]基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法

说明书

本发明提供一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法。该谐振腔的设计方法包括：依次堆叠分布第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层共5层层结构；形成整体呈正方形分布的金属通孔阵列，金属通孔阵列贯穿5层层结构，从而在5层层结构之间形成SIW谐振腔；将第二金属层进行折叠，折叠后的第二金属层为折叠层，折叠层上保留有正方形的至少一边上的若干金属通孔，从而在5层层结构之间形成FSIW谐振腔；形成微扰结构，利用微扰结构扰动FSIW谐振腔中存在的简并双模，使其变为非简并模式；其中，微扰结构包括贯穿5层层结构的两个金属通孔，两个金属通孔位于正方形的其中一条对角线上且关于正方形的中心对称。

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，具体涉及一种高频率滤波器，尤其涉及一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔、滤波器及设计方法。

背景技术

高速发展的无线通信系统离不开高性能滤波器的支持。面对即将来临的E5G、6G时代，具有低插损（高Q值）、高频率选择性以及小型化的带通滤波器（Bandpass Filter, BPF）是当前研究的热点内容之一。

在现有技术中，微带结构因其在较高频率时，容易引起过高的损耗，已经不能普适用于8GHz以上的工作频段。在较高频频率时，一般采用基片集成波导（SubstrateIntegrated Waveguide, SIW）结构实现BPF的设计。对于SIW结构的BPF，一般采用单模设计的居多。单模SIW滤波器是使用多个SIW空腔来实现的，使用的空腔数量与滤波器的阶数一致，因此存在尺寸过大的问题，不利于器件的小型化。近几年虽然有采用不完全模的SIW腔（例如：半模腔，四分之一腔，甚至八分之一腔）实现小型化BPF的设计，但这也是以牺牲滤波器的空载品质因数（Qu）、恶化插入损耗为代价的。更糟糕的是，它们还具有较大的辐射损失，这也将导致电磁兼容性较差，不利于高性能无线通信系统的发展。

为了进一步实现器件的小型化，现有技术中又提出了多模SIW设计带通滤波器的方法。相对于单模SIW结构，多模SIW可以实现一个腔支持多种谐振模式，等价于多个单模谐振器，因此可以较大程度上实现器件的小型化。但是，设计构建多模SIW谐振腔的结构是技术的难点。因此，多模SIW滤波器的设计一般常见于双模。相比较双模SIW，三模、四模SIW谐振腔结构更符合小型化发展趋势。现有技术中，能够实现三模、四模等SIW结构的BPF较少，即使实现了多模结构的设计，一般也是采用SIW传统的模式实现且存在传输极点不能灵活调整，通带选择性较差、带宽的可控性较差等技术问题。

发明内容

针对现有的多模SIW滤波器的设计存在传输极点不能灵活调整，通带选择性较差、带宽的可控性较差的技术问题，同时面向进一步小型化的应用需求，本发明提供一种基于多模折叠基片集成波导（Folded SIW, FSIW）的谐振腔、滤波器及设计方法。

第一方面，本发明提供一种基于多模折叠基片集成波导的谐振腔的设计方法，包括：

依次堆叠分布第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层共5层层结构；

形成整体呈正方形分布的金属通孔阵列，所述金属通孔阵列贯穿5层层结构，从而在5层层结构之间形成SIW谐振腔；

将所述第二金属层进行折叠，将折叠后的第二金属层记作折叠层，所述折叠层上保留有所述正方形的至少一边上的若干金属通孔，从而在5层层结构之间形成FSIW谐振腔；需要说明的是，折叠层上保留有所述正方形的至少一边上的若干金属通孔的目的是为了确保这折叠层与其他4层结构之间能够构成SIW谐振腔，这是实现FSIW谐振腔的前提。

形成微扰结构，从而利用所述微扰结构扰动所述FSIW谐振腔中存在的简并双模，使其变为非简并模式；其中，所述微扰结构包括贯穿5层层结构的两个金属通孔，两个金属通孔位于所述正方形的其中一条对角线上且关于所述正方形的中心对称。需要说明的是，通过微扰结构将FSIW谐振腔存在的简并双模变为非简并模式，这是为后续形成多模BPF作准备。