[发明专利]一种基于半模基片集成波导的四路不等功分滤波功分器

说明书

一种基于半模基片集成波导的四路不等功分滤波功分器，包括底金属层、介质基板和顶金属层，介质基板设有若干连接两金属层的金属化通孔使得形成互相耦合的第一半模基片集成波导腔和第二半模基片集成波导腔，顶金属层开有两个平行且相错设置的刻蚀槽，两个刻蚀槽分别位于第一半模基片集成波导腔和第二半模基片集成波导腔的开路面，顶金属层还设置有一根位于第一半模基片集成波导腔开路面对侧的输入馈线和两两地分布在第二半模基片集成波导腔相邻侧边的四根输出馈线。本发明将四个输出端口加载到同一个半模谐振腔上实现了功分器的小型化，四个输出端口的功率分配比通过控制每个端口的外部品质因数来实现。同时，带通响应和功率分配两个功能可以独立设计。

技术领域

本发明属于射频通信技术领域，涉及一种半模基片集成波导四路不等功分滤波功分器。

背景技术

随着第五代(5G)移动通信的快速发展，对紧凑型、低成本、高性能射频器件的需求日益增长。滤波器和功率分配器是天线阵列馈电网络中不可或缺的组成部分。当它们采用传统级联方法设计时通常占据很大的面积。因此滤波器和功率分配器的融合设计是非常必要的，这样既能减小电路的整体尺寸，又能避免级联损耗。近年来，基于微带线，金属波导，介质谐振器和基片集成波导的滤波功分器得到了广泛的研究。

大多数基于微带设计的滤波功分器通常采用的是威尔金森或吉塞尔拓扑结构。这种滤波功分器一般是通过耦合线或枝节加载的传输线代替四分之一波长变换器来实现滤波响应。这种设计方法对于等功分比的滤波功分器是有效的，但实现不等功分比的滤波功分器是比较困难的，特别是对于多路输出来说。最近，一种采用蒲公英拓扑结构设计的多端口任意功率分配比的滤波功分器展现出了良好的性能。然而，三维结构并不易于与平面电路集成。基片集成波导就空载品质因数和体积而言可以作为微带线和介质谐振器之间的桥梁。因此，基于基片集成波导的滤波功分器引起了广泛的研究兴趣。

另一方面，多路功率分配器是天线阵馈电网络的基本元件之一。其特定的不等功率分配比在波束形成系统中可以使阵列获得更好的定向性能。为了减小系统尺寸，近年来多路滤波功分器的融合设计被广泛研究。为了降低旁瓣，通常需要多路不等功分比的滤波功分器。然而,目前很少有基于基片集成波导的滤波功分器能同时提供多路输出和不等功分比。

发明内容

本发明的目的在于，解决上述现有技术中的不足，提出一种结构简单的采用半模基片集成波导技术设计的四路不等功分滤波功分器。

为了实现本发明目的，本发明提供的基于半模基片集成波导的四路不等功分滤波功分器，包含叠置的底金属层、介质基板和顶金属层，其特征在于：所述介质基板设置有若干连接顶金属层和底金属层的金属化通孔使得形成互相耦合的第一半模基片集成波导腔和第二半模基片集成波导腔，顶金属层开有两个平行且相错设置的刻蚀槽，所述两个刻蚀槽分别位于第一半模基片集成波导腔和第二半模基片集成波导腔的开路面，所述顶金属层还设置有一根位于第一半模基片集成波导腔开路面对侧的输入馈线和两两地分布在第二半模基片集成波导腔相邻侧边的四根输出馈线，所述第二半模基片集成波导腔相邻侧边分别位于第二半模基片集成波导腔开路面的对侧和远离第一半模基片集成波导腔的一侧。

此外，本发明还提出了半模基片集成波导四路不等功分滤波功分器的设计方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、根据滤波功分器通带所需的性能指标计算低通原型集总参数，并据此计算输入端外部品质因数以及耦合系数；

步骤2、建立如权利要求1所述半模基片集成波导四路不等功分滤波功分器的模型，调节第一半模基片集成波导腔和第二半模基片集成波导腔之间的耦合窗，使得第一半模基片集成波导腔和第二半模基片集成波导腔之间的耦合度满足步骤1中计算得到的耦合系数；

步骤3、在第一半模基片集成波导腔开路面的对侧加载输入馈线，调整输入馈线两侧开槽的宽度和深度，使其满足步骤1中计算得到的输入端外部品质因数；