CN116207464A - 一种双模基片集成波导谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双模基片集成波导谐振器，包括金属顶层、介质基板和金属大地，所述金属顶层设置于所述介质基板的顶面，所述金属大地设置于所述介质基板的底侧，所述金属顶层与所述金属大地之间通过若干贯穿所述介质基板的横向金属化过孔带以及纵向金属化过孔带相互连接，所述横向金属化过孔带由若干横向排列的金属化过孔形成，所述纵向金属化过孔带由若干纵向排列的金属化过孔形成，且若干横向金属化过孔带位于金属顶层的宽边边缘，若干纵向金属化过孔带位于两侧横向金属化过孔带之间，位于金属顶层中部的纵向金属化过孔带具有无孔地带。本发明能够产生具有相向水平电场分布的双模、独立调控模式频率使双模彼此相邻，并提高模式频率的调控能力。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，具体来说，涉及一种双模基片集成波导谐振器。
背景技术
随着通信技术的迅猛发展，无线***的速率要求越来越高，传统的窄带通信***因传输容量小和传输速率低等问题已无法适应如人工智能，虚拟现实等应用场景的实际需求，因此，宽带的无线***越来越受到人们的重视。微波谐振器是无线***的关键器件之一，因此微波谐振器的特性将影响宽带无线***的性能。传统无线***中通常采用单模微波谐振器，当***需要宽带工作时，往往采用降低品质因数、增加单模谐振器个数等方法，导致出现高***复杂度和高成本等问题。双模谐振器具有两个能被***应用的模式，在合适的激励条件下能够单个谐振器产生宽带工作，有利于宽带无线***减小复杂度及尺寸，降低成本，而基于印刷电路板的双模谐振器还具有便于集成的特点。
目前，基于印刷电路板的双模谐振器主要分为两类：微带谐振器和基片集成波导谐振器。微带谐振器在加入枝节、扰动结构等方式时能实现双模谐振器，但是大多数是奇模和偶模组合而成的双模，使用场景受到限制，而奇模与奇模、偶模与偶模组成的双模谐振器通常存在频率间距过大、独立调控模式频率能力差等问题。基片集成波导谐振器相对于微带谐振器而言损耗较小，能工作于更高的频率。现有的基片集成波导谐振器通过合适的馈电结构可以选择出双模进行工作，但是双模很难具备相向水平电场分布，而且存在模式频率间距过大、难以被调控到相邻位置等问题。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种双模基片集成波导谐振器，其能够产生具有相向水平电场分布的双模、独立调控模式频率使双模彼此相邻，并提高模式频率的调控能力。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种双模基片集成波导谐振器，包括金属顶层、介质基板以及金属大地，所述金属顶层设置于所述介质基板的顶面，所述金属大地设置于所述介质基板的底侧，所述金属顶层与所述金属大地之间通过若干贯穿所述介质基板的横向金属化过孔带以及纵向金属化过孔带相互连接，所述横向金属化过孔带由若干横向排列的金属化过孔形成，所述纵向金属化过孔带由若干纵向排列的金属化过孔形成，且若干横向金属化过孔带位于金属顶层的宽边边缘，若干纵向金属化过孔带位于两侧横向金属化过孔带之间，位于金属顶层中部的纵向金属化过孔带具有无孔地带。
其中，若干横向排列的金属化过孔形成两排横向金属化过孔带，且两排横向金属过孔带分别位于金属顶层的宽边边缘。
此外，若干纵向排列的金属化过孔形成两列纵向金属化过孔带，两列纵向金属化过孔带对称设置于两排横向金属化过孔带之间。
另外，两列纵向金属化过孔带与金属顶层侧边之间的距离均为金属顶层长度的四分之一。
此外，纵向金属化过孔带的金属化过孔的孔直径为横向金属化过孔带的金属化过孔的孔直径的2-3倍；
可选的，所述金属顶层的长度为0.6～0.8波长，所述金属顶层的宽度为0.3～0.4波长。
可选的，横向金属化过孔带的金属化过孔的孔直径为0.01～0.03波长，且横向金属化过孔带的金属化过孔的孔间距为孔直径的两倍。
可选的，纵向金属化过孔带的金属化过孔的孔间距0.02～0.03波长。
可选的，所述无孔地带的长度为0.07～0.1波长。
有益效果：本发明能够产生TM01、TM11和TM21三种工作模式，并能通过中间存在无孔地带的两列金属化过孔对模式进行独立性调控，使得具有相向水平电场分布的TM01模和TM21模彼此相邻。而两列金属化过孔的孔直径可以提升谐振器模式频率调控的自由度，即本发明具有相向水平电场分布、能够独立调控模式频率使双模彼此相邻、模式频率的调控能力获得了提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的谐振器未加金属化过孔的TM01模式的电场分布简图；
图3是根据本发明实施例的谐振器未加金属化过孔的TM11模式的电场分布简图；
图4是根据本发明实施例的谐振器未加金属化过孔的TM21模式的电场分布简图；
图5是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的TM01模式的电场分布简图；
图6是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的TM11模式的电场分布简图；
图7是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的TM21模式的电场分布简图；
图8是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的模式频率随纵向金属化过孔带的孔间距变化的对比图；
图9是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的模式频率随纵向金属化过孔带的孔个数变化的对比图；
图10是根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器的模式频率随纵向金属化过孔带的孔直径变化的对比图。
图中：
1、金属顶层；2、介质基板；3、金属大地层；4、横向金属化过孔带；5、纵向金属化过孔带；6、金属化过孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种双模基片集成波导谐振器。
如图1所示，根据本发明实施例的一种双模基片集成波导谐振器，包括金属顶层1、介质基板2以及金属大地层3，所述金属顶层1设置于所述介质基板2的顶面，所述金属大地层3设置于所述介质基板2的底侧，所述金属顶层1与所述金属大地层3之间通过若干贯穿所述介质基板的横向金属化过孔带4以及纵向金属化过孔带5相互连接，所述横向金属化过孔带4由若干横向排列的金属化过孔6形成，所述纵向金属化过孔带5由若干纵向排列的金属化过孔6形成，若干横向排列的金属化过孔6形成两排横向金属化过孔带4，且两排横向金属过孔带4分别位于金属顶层1的宽边边缘，若干纵向排列的金属化过孔6形成两列纵向金属化过孔带5，两列纵向金属化过孔带5对称设置于两排横向金属化过孔带4之间，两列纵向金属化过孔带5与金属顶层1侧边之间的距离均为金属顶层1长度的四分之一，位于金属顶层1中部的纵向金属化过孔带5具有无孔地带。
具体应用时，纵向金属化过孔带5的金属化过孔6的孔直径为横向金属化过孔带4的金属化过孔6的孔直径的2-3倍，所述金属顶层1的长度为0.6～0.8波长，所述金属顶层1的宽度为0.3～0.4波长，横向金属化过孔带4的金属化过孔6的孔直径为0.01～0.03波长，且横向金属化过孔带4的金属化过孔6的孔间距为孔直径的两倍，纵向金属化过孔带5的金属化过孔6的孔间距0.02～0.03波长，所述无孔地带的长度为0.07～0.1波长。
具体使用时，本发明中两排横向金属化过孔带4等效为电壁，金属顶层1右两侧等效为磁壁。当未加入纵向金属化过孔带5时，由于金属顶层1、金属大地层3和金属化过孔6的共同作用使谐振器依次产生了三个谐振模式(TM01模、TM11模和TM21模)，其电场分布简图如图2-4所示。在TM01模中，金属顶层1的内部电场不存在零电场区域并且在x方向上等幅同向，在y方向上呈一个半波分布，左右两侧产生一对方向相反、幅度相等的水平电场分量；在TM11模中，金属顶层1的中心处为零电场区域，内部电场在x和y方向上都呈一个半波分布，左右两侧产生一对方向相同、幅度相等的水平电场分量，电场在距离金属顶层1左右两侧四分之一长度处的幅度小于TM01模的电场在此位置处的幅度；在TM21模中，金属顶层1的内部电场在x方向上呈两个半波分布，在y方向上呈一个半波分布，到金属顶层1左右两侧四分之一长度的位置为零电场区域，左右两侧产生一对方向相反、幅度相等的水平电场分量。
当加入纵向金属化过孔带5，并使其位置在金属顶层1左右两侧四分之一长度处时，三个模式将受到不同的影响，模式电场分布简图如图5-7所示。由于原TM21模在过孔处本身为零电场区域，而原TM01模和原TM11模在此处为非零电场区域，并且原TM01模的电场强度大于TM11模的电场强度，因此纵向金属化过孔带5对TM21模的工作频率影响最弱，而对TM01模和TM11模的工作频率影响相对较强。
当纵向金属化过孔带5的孔间距或者孔个数变化时，由于原TM21模在过孔处本身为零电场区域，因此其谐振频率不受影响，而原TM01模和原TM11模在过孔处为非零电场区域，且原TM01模的电场强度大于原TM11模的电场强度，因此，TM01模和TM11模的工作频率会发生变化，并且TM01模的频率变化大于TM11模的频率变化。当纵向金属化过孔带5的孔直径变化时，过孔大于TM21模零场区域时，TM21模也将产生变化，但是TM01模的频率依然变化最大。
因此，整体谐振器最终获得两个具有相向水平电场分布特性的模式(TM01模和TM21模)，并且可以改变纵向金属化过孔带5的孔间距和孔个数来独立调控TM01模的工作频率，使TM01模和TM21模彼此相邻，还可以改变纵向金属化过孔带5的孔直径提升谐振器的模式频率调控能力。
图8-10是谐振器的模式频率随纵向金属化过孔带5的变化情况。通过图8和图9可以看出，当孔间距或孔个数增大时，TM21模的频率保持不变而TM01模和TM11模的频率会上升，并且TM01模的频率上升速度比TM11模快；由图10可以看出，当孔直径增大时，三个模式的频率都会上升并且TM01模的频率上升速度最快。由图8-10可以得出当纵向金属化过孔带5的孔间距大于0.045波长，每列金属化过孔的孔个数大于4个并且孔直径大于0.03波长时，TM01模的频率将大于TM11模的频率，整体谐振器将获得相邻的具有相向水平电场分布的双模。因此，谐振器可以独立调控TM01模频率使TM01模和TM21模彼此相邻并提升了模式频率的调控能力。
由此可见，借助于本发明的上述技术方案，本发明能够产生TM01、TM11和TM21三种工作模式，并能通过中间存在无孔地带的两列金属化过孔对模式进行独立性调控，使得具有相向水平电场分布的TM01模和TM21模彼此相邻。而两列金属化过孔的孔直径可以提升谐振器模式频率调控的自由度，即本发明具有相向水平电场分布、能够独立调控模式频率使双模彼此相邻、模式频率的调控能力获得了提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，包括金属顶层(1)、介质基板(2)以及金属大地层(3)，所述金属顶层(1)设置于所述介质基板(2)的顶面，所述金属大地层(3)设置于所述介质基板(2)的底侧，所述金属顶层(1)与所述金属大地层(3)之间通过若干贯穿所述介质基板的横向金属化过孔带(4)以及纵向金属化过孔带(5)相互连接，所述横向金属化过孔带(4)由若干横向排列的金属化过孔(6)形成，所述纵向金属化过孔带(5)由若干纵向排列的金属化过孔(6)形成，且若干横向金属化过孔带(4)位于金属顶层(1)的宽边边缘，若干纵向金属化过孔带(5)位于两侧横向金属化过孔带(4)之间，位于金属顶层(1)中部的纵向金属化过孔带(5)具有无孔地带。
2.根据权利要求1所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，若干横向排列的金属化过孔(6)形成两排横向金属化过孔带(4)，且两排横向金属过孔带(4)分别位于金属顶层(1)的宽边边缘。
3.根据权利要求2所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，若干纵向排列的金属化过孔(6)形成两列纵向金属化过孔带(5)，两列纵向金属化过孔带(5)对称设置于两排横向金属化过孔带(4)之间。
4.根据权利要求3所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，两列纵向金属化过孔带(5)与金属顶层(1)侧边之间的距离均为金属顶层(1)长度的四分之一。
5.根据权利要求1所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，纵向金属化过孔带(5)的金属化过孔(6)的孔直径为横向金属化过孔带(4)的金属化过孔(6)的孔直径的2-3倍。
6.根据权利要求1所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，所述金属顶层(1)的长度为0.6～0.8波长，所述金属顶层(1)的宽度为0.3～0.4波长。
7.根据权利要求1所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，横向金属化过孔带(4)的金属化过孔(6)的孔直径为0.01～0.03波长，且横向金属化过孔带(4)的金属化过孔(6)的孔间距为孔直径的两倍。
8.根据权利要求7所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，纵向金属化过孔带(5)的金属化过孔(6)的孔间距0.02～0.03波长。
9.根据权利要求1所述的一种双模基片集成波导谐振器，其特征在于，所述无孔地带的长度为0.07～0.1波长。
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