[发明专利]一种具有滤波功能的基片集成波导功分器

说明书

本发明提供一种基片集成波导功分器，隔离电阻位于共用谐振腔内的对称面上。基片集成波导功分器可以对输入信号进行等分或合成，同时具有二阶带通频率响应。仿真和测试结果表明：该基片集成波导功分器具有良好的频率选择性、输出端口之间的隔离度高、尺寸较小、设计过程简单等优点。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种具有滤波功能的基片集成波导功分器。

背景技术

在射频/微波/光频等较高频段内，微带线具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，是应用广泛的一类传输线。微带线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。功分器全称功率分配器，是通信或雷达系统中的重要器件。它是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。由于功分器可以逆向使用作为合路器，所以下面的讨论皆以功分器为例。功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。此外，滤波器作为另外一种微波器件，其功能在于允许某一部分频率的信号顺利的通过，而让另外一部分频率的信号受到较大的抑制。传统的滤波器和功分器是两个分立的元件，承担不同的功能。

发明内容

为了克服传统的功分器和滤波器分属两个元件，导致尺寸较大的缺点，本发明提供了一种新型的基片集成波导功分器，能够同时实现滤波和功分的功能，具有良好的频率选择性、小尺寸和容易设计等优点。

典型微带的结构如图1所示，主要包括三层。第I层是金属上覆层，第II层是介质基片，第III层是金属下覆层。本发明所述的基片集成波导功分器如图2所示，其特征在于：第一端口(Port#1)连接到第一谐振腔(Cav1)，第一谐振腔(Cav1)连接第二谐振腔(Cav2)，第二谐振腔(Cav2)连接第二端口(Port#2)；同时，第一谐振腔(Cav1)连接第三谐振腔(Cav3)，第三谐振腔(Cav3)连接第三端口(Port#3)；在第一谐振腔(Cav1)的金属上覆层(I)内，在对称面上刻蚀矩形槽(Mr)，跨接第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)；第一谐振腔(Cav1)、第二谐振腔(Cav2)和第三谐振腔(Cav3)由金属化通孔(Hole)围列而成。

为深入分析所述基片集成波导功分器的物理机制，首先分析基片集成波导谐振腔的谐振特性。典型的基片集成波导谐振腔如图3所示，其中W和L分别表示宽度与长度，d和s分别表示金属化过孔(Hole)的直径和相邻两金属化过孔(Hole)圆心间的间距。基片集成波导与矩形波导具有相似的导波特性，因此基片集成波导谐振腔等效为介质填充金属波导谐振腔。用W_eff和L_eff分别表示等效的介质填充金属波导谐振腔的宽度与长度，且满足以下等效关系：

基片集成波导谐振腔的谐振模式可以通过解析方式或者数值方式来分析。基片集成波导谐振腔内可以激励起的谐振模式包括如图4(a)所示的TE₁₀₁模式，如图4(b)所示的TE₁₀₂模式，如图4(c)所示的TE₂₀₁模式，等等。当W≈L时，即W_eff≈L_eff，令此时基片集成波导谐振腔简称为方形谐振腔。则TE₁₀₂模式电场矢量和TE₂₀₁模式的电场矢量分别为：

其中，表示y方向上单位矢量，E₀为电场矢量的幅度，x表示x方向空间变量，z表示z方向空间变量。此时，TE₁₀₂模式与TE₂₀₁模式相简并，且可以叠加。当同幅反相激励起这两个简并谐振模式时，将叠加形成新的混合场模式，用来表示，其电场矢量表示为：

当同幅同相激励起这两个简并谐振模式时，将叠加形成新的混合场模式，用来表示，其电场矢量表示为：