CN110212273A - 基于基片集成波导的双频双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基于基片集成波导的双频双工器，该双频双工器包括滤波器介质基板以及分别设置在滤波器介质基板上表面的顶层金属层、滤波器介质基板下表面的底层金属层，设置在滤波器介质基板上表面与滤波器介质基板下表面中间的金属层，在滤波器介质基板上表面和滤波器介质基板下表面的金属层上均设有T形输出端口，中间的金属层设置有输入馈电网络。本发明设计结构简单，易于工业加工，首先引入一个小型化的双频SIW双频双工器，较大程度地解决了滤波器具有相对较大尺寸的问题。其次，引入中间金属层输入馈电网络结构，进一步增大了基于SIW滤波器的增益，为双频SIW滤波器通带增益的提高和回波损耗的改善打下了基础。

Description

基于基片集成波导的双频双工器
技术领域
本发明涉及一种基于基片集成波导的双频双工器，可用于毫米波技术领域。
背景技术
高频应用中，由于波长过小，过于高的容差要求常常使得微带线失效。而传统金属波导体积庞大，难于与其他微波、毫米波电路平面集成。由于基片集成波导是一种类似于普通金属波导的准封闭平面波导结构，它除了具有类似于微带传输线的平面集成特性外，几乎严格消除了由于辐射和基片中的导波模引起的电路中不同部分的相互干扰。同时它与有源器件的兼容性良好，便于平面集成及小型化，具有体积小、重量轻、装配简单、加工容易和成本低等传统波导所没有的优点，可以用来设计很多高Q值、低损耗的平面微波毫米波电路。
然而基于基片集成波导的双层双频双工器的引入，减小了滤波器的尺寸，改善了滤波器的回波损耗，为基于SIW滤波器性能的提高提供了一条可行的思路。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于基片集成波导的双频双工器。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：基于基片集成波导的双频双工器，包括滤波器介质基板以及分别设置在滤波器介质基板上表面的顶层金属层、滤波器介质基板下表面的底层金属层，设置在滤波器介质基板上表面与滤波器介质基板下表面中间的金属层，在滤波器介质基板上表面和滤波器介质基板下表面的金属层上均设有T形输出端口，中间的金属层设置有输入馈电网络。
优选地，所述介质基板的四周设置有金属通孔，每个所述金属通孔与滤波器介质基板、顶层金属层、底层金属层构成一个SIW腔体结构，中间具有50Ω的馈线，根据介质能够得出馈线的宽度；所述SIW滤波器介质基板的输入输出端口由微带线转共面波导构成，其中共面波导的缝隙长度和宽度根据50Ω的馈线确定；
优选地，所述输入端口的馈电网络的位置在中间金属层的中间位置，T形输出端口在上下表面的中间位置，所述介质基板为矩形介质基板。
优选地，所述人工磁导体上表面具有挖去的圆环和十字交叉金属表面，下底面是金属板。
优选地，所述滤波器馈电点的位置在中间金属层的中间位置。
优选地，所述SIW腔体滤波器的形状为矩形。
优选地，所述金属通孔列设置在SIW腔体滤波器上腔体的四条边上，耦合窗两边及微带两侧上。
优选地，每条所述微带线的阻抗均为50欧姆。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计结构简单，易于工业加工，首先引入一个小型化的双频SIW双频双工器，较大程度地解决了滤波器具有相对较大尺寸的问题。其次，引入中间金属层输入馈电网络结构，进一步增大了基于SIW滤波器的增益，为双频SIW滤波器通带增益的提高和回波损耗的改善打下了基础。
附图说明
图1为本发明的双频SIW双工器的结构俯视示意图。
图2为本发明的双频SIW双工器的结构3D示意图
图3为本发明的双频SIW双工器的上层结构示意图。
图4为本发明的双频SIW双工器的中间金属层结构示意图。
图5为本发明的双频SIW双工器的下层结构示意图。
图6为本发明的双频SIW双工器的S参数仿真波形图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种基于基片集成波导的双频双工器，如图1和图2所示，该双频双工器包括SIW双工器上表面金属贴片2和下表面金属贴片4和中间金属层3，上下金属层和金属层之间是介质6，上下表面和中间金属层的四周刻有金属通孔1，用来组成SIW腔体结构，腔体之间通过7耦合窗口耦合，上下表面具有T型输出端口5。
本发明首先引入在中间金属层上设置输入馈电，由于没有上下层耦合机制带来的信号衰减和损耗，同时节约调试成本，减少了工艺制作复杂度，改善了滤波器的回波损耗。本发明结构简单，易于加工，性能良好，为今后研究高增益、小型化的滤波器打下基础。
所述双层基片集成波导上每层设置有双腔结构，基片集成波导是一种新的微波传输线形式，其利用金属通孔在上下介质基片上实现波导的场传播。
所述双层基片集成波导的上下表面由理想电导体(pec)构成，中间层是金属铜。该双工器由上下表面接地板且四周刻有金属通孔来组成SIW腔体架构，中间层具有馈电网络，上下表面利用T形连接通道和输出端口，为每个通道滤波器提供一个极点。
所述金属通孔之间的间距根据需要确定，所述同层腔体之间的耦合窗的长度根据频率需要而确定。所述输入端口的馈电网络的位置在中间金属层的中间位置，T形输出端口在上下表面的中间位置。所述人工磁导体上表面具有挖去的圆环和十字交叉金属表面，下底面是金属板，滤波器馈电点的位置在中间金属层的中间位置。
所述矩形介质基板上四周设置有金属通孔，四周所述金属通孔与介质基板、顶层金属层、底层金属层构成一个SIW腔体结构，中间具有50Ω的馈线，根据介质得出馈线的宽度；
所述SIW介质基板的输入输出端口由微带线转共面波导构成，其中共面波导的缝隙长度和宽度根据50Ω的馈线确定。所述金属通孔列中通孔之间的间距根据需要确定。
所述SIW腔体滤波器的形状为矩形，所述金属通孔列设置在SIW腔体滤波器上腔体的四条边上，耦合窗两边及微带两侧上。一条所述微带线的阻抗均为50欧姆。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明实施例中，双工器采用Rogers 5880的介质板，其介电常数为2.2，单层厚度为0.508毫米；一条微带线的阻抗均为50欧姆，这条微带线作为双频SIW双工器的输入端。
实施例1
如图4所示，一个波端口在SIW腔体的中间金属层上，即一条所述微带线在两层介质板的中间金属层上，微带线两侧分别设置两条相等的缝隙，通过微带转共面波导形成波端口，同时沿相等的缝隙两侧边上设置金属通孔，同时在另外三条边上设置同样的金属通孔，其中，两个通孔的间距都相等。在双频SIW双工器的上下表面中央设置T型输出端口，实现对信号的功率划分。如图6所示的S参数仿真波形图，其双频率点分别为11.6GHz和13.5GHz，回波损耗分别为大于20dB和22dB，其工作性能良好。
实施例2
如图3和5所示，双工器分别由上下两层双腔体组成，中间金属层作为上下层的隔离层，每个腔体由介质基板四周金属通孔和上下金属层，同层腔体之间通过耦合窗口实现信号传输。如图6是双层基片集成波导的紧凑双频双工器S参数仿真波形图，其双频率点分别为11.6GHz和13.5GHz，回波损耗分别为大于20dB和22dB，***损耗小于-1dB，其工作性能良好。
本发明旨在提供一种基于基片集成波导的双频双工器，解决了SIW滤波器通带增益低的问题并目.为今后研究具有通带增益更高的滤波器打下基础。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：包括滤波器介质基板以及分别设置在滤波器介质基板上表面的顶层金属层、滤波器介质基板下表面的底层金属层，设置在滤波器介质基板上表面与滤波器介质基板下表面中间的金属层，在滤波器介质基板上表面和滤波器介质基板下表面的金属层上均设有T形输出端口，中间的金属层设置有输入馈电网络。
2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：所述介质基板的四周设置有金属通孔，每个所述金属通孔与滤波器介质基板、顶层金属层、底层金属层构成一个SIW腔体结构，中间具有50Ω的馈线，根据介质能够得出馈线的宽度；所述SIW滤波器介质基板的输入输出端口由微带线转共面波导构成，其中共面波导的缝隙长度和宽度根据50Ω的馈线确定。
3.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：所述输入端口的馈电网络的位置在中间金属层的中间位置，T形输出端口在上下表面的中间位置，所述介质基板为矩形介质基板。
4.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：所述人工磁导体上表面具有挖去的圆环和十字交叉金属表面，下底面是金属板。
5.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：所述滤波器馈电点的位置在中间金属层的中间位置。
6.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：所述SIW腔体滤波器的形状为矩形。
7.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：所述金属通孔列设置在SIW腔体滤波器上腔体的四条边上，耦合窗两边及微带两侧上。
8.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的双频双工器，其特征在于：每条所述微带线的阻抗均为50欧姆。
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