[发明专利]一种毫米波SIW滤波器及其设计方法

摘要

本发明涉及微波、毫米波技术，尤其涉及一种S波段SIW双环铁氧体移相器。它包括一段SIW传输线和对称设置于SIW传输线内的两个相同的铁氧体方环，还包括一个设于两个铁氧体方环中间的介质片，两个铁氧体方环与介质片紧贴；铁氧体方环高度与SIW和介质片等高，壁厚1mm‑2mm，宽度小于SIW宽度的一半,长度等于SIW长度，介质片厚度小于2mm，长度等于SIW长度。本发明具有如下优点：抑制了TM模的出现，推迟了高次模式的截止频率；较传统波导移相器体积更小；介质填充的SIW具有比波导更大的击穿电压。 1

主权项

1.一种毫米波SIW滤波器,由两层完全重合的双面覆铜SIW谐振腔和耦合结构构成，其特征在于：所述谐振腔共有10个，按上下两层对称分布，每层5个；耦合结构包括同层谐振腔之间的磁耦合窗口、不同层谐振腔之间的磁耦合窗口和不同层谐振腔之间的电耦合窗口；其中，同层谐振腔之间的磁耦合窗口为在两个相邻谐振腔的公共宽边上，以宽边中点为中心开的窗口；不同层谐振腔之间的磁耦合窗口为在重合的两个谐振腔之间的表面金属上，距两侧通孔边缘0.1mm至0.2mm，且关于窄边中垂面对称的两个矩形孔；不同层谐振腔之间的电耦合窗口为在重合的两个谐振腔之间的表面金属上开的一个矩形孔，矩形孔中心与谐振腔中心重合，孔的长宽比与谐振腔宽边与窄边之比相同；SIW基板的介电常数2.1，高度0.505mm，损耗角0.00045，通孔直径0.4mm，孔间距0.75mm，宽度4.75mm；源腔和负载腔长度为3.28mm，1腔和8腔的长度为2.82mm，2腔和7腔的长度为3.26mm，3腔和6腔的长度为3.4mm，4腔和5腔的长度为3.46mm；源腔和1腔之间的耦合孔宽度为2.89mm，1腔和2腔之间的耦合孔宽度为1.795mm，2腔和3腔之间的耦合孔宽度为1.455mm，3腔和4腔之间的耦合孔宽度为1.46mm，4腔和5腔之间耦合孔的纵向长度为1.255mm，3腔和6腔之间的耦合孔大小为1.105mm*0.663mm，2腔和7腔之间耦合孔的纵向长度为0.54mm，1腔和8腔之间的耦合孔大小为0.45mm*0.27mm；4腔和5腔之间耦合孔和2腔和7腔之间耦合孔距两侧通孔边缘0.1mm，且关于谐振腔窄边中垂面对称；其设计方法如下：步骤一，将8阶雅克比椭圆函数作为传输函数的特征函数F₈(jw),以通带波纹0.1db和阻带波纹50db，计算得零极点；四个归一化极点为0.2804、0.7089、0.9189、0.9923，四个归一化零点为3.9437、1.5599、1.2035、1.1145；在特征函数的分母中去掉和最远零点3.9437相关的项，带入传输函数表达式，将之修改为准椭圆函数；步骤二，通过剩下的3个零点和4个极点，以及带内波纹0.1db，提取出归一化耦合矩阵，并反归一化得到实际耦合矩阵；得到实际耦合系数如下：源腔与1腔之间的耦合系数和8腔与负载腔的耦合系数为0.19819，1腔与2腔之间的耦合系数和7腔与8腔之间的耦合系数为0.03251，2腔与3腔之间的耦合系数和6腔与7腔之间的耦合系数为0.02355，3腔与4腔之间的耦合系数和5腔与6腔之间的耦合系数为0.01579，1腔和8腔之间的耦合系数为‑0.00124，2腔和7腔之间的耦合系数为0.006935，3腔和6腔之间的耦合系数为‑0.022355；将正的耦合作为磁耦合，负的耦合作为电耦合；步骤三，选用介电常数2.1，高度0.505mm，损耗角0.00045的基板设计SIW传输线和谐振腔；选择通孔直径0.4mm，孔间距0.75mm，SIW宽度4.75mm，此时波导波长为6.1mm，选择3.05mm长的短路传输线作为半波长谐振腔；步骤四，在同一层的两个谐振腔的公共边上，开一个关于公共边中点对称的窗口，通过调节窗口的大小，实现同层之间腔体的磁耦合；通过在上下层谐振腔之间的铜箔上开一个位于腔体中心的矩形窗口，实现上下层之间的电耦合，矩形窗口长宽比取5比3，通过调节窗口大小，实现不同的耦合系数；在上下层谐振腔之间的铜箔两边，离通孔0.1mm处，向内侧开一个0.4mm的关于窄边中垂面对称的窗口，实现上下层谐振腔之间的磁耦合，通过调节窗口纵向长度调节耦合系数；步骤五，搭建整体模型；调节各腔体的长度，同时微调耦合，使滤波器性能最优化；最终参数如下：源腔和负载腔长度为3.28mm，1腔和8腔的长度为2.82mm，2腔和7腔的长度为3.26mm，3腔和6腔的长度为3.4mm，4腔和5腔的长度为3.46mm；源腔和1腔之间的耦合孔宽度为2.89mm，1腔和2腔之间的耦合孔宽度为1.795mm，2腔和3腔之间的耦合孔宽度为1.455mm，3腔和4腔之间的耦合孔宽度为1.46mm，4腔和5腔之间耦合孔的纵向长度为1.255mm，3腔和6腔之间的耦合孔大小为1.105mm*0.663mm，2腔和7腔之间耦合孔的纵向长度为0.54mm，1腔和8腔之间的耦合孔大小为0.45mm*0.27mm。