一种基于CT拓扑的频率和幅度独立可调控SIW滤波器的制作方法

一种基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器
技术领域
1.本实用新型属于微波器件技术领域，具体涉及一种基于ct(级联型三重态)拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器。


背景技术：

2.新兴的无线通信和雷达系统对可调谐射频(rf)前端的要求越来越高，能够对不同的频谱环境做出反应。由于其动态频率调谐功能，微波可重构滤波器是未来多功能射频前端的重要组成部分。在众多关于可重构滤波器的研究中，同轴siw谐振器由于其更紧凑的结构、连续调谐范围以及低成本的制造工艺，总是被作为可调谐滤波器的首选。可调谐微波衰减器也是各种通信系统中的重要部件，用于将信号调节到不同的电平。在微波波段，基于石墨烯的可调谐衰减器，由于石墨烯独特的电可调谐全向电阻而备受关注。
3.随着现代微波器件的发展，通用性和高集成度越来越受到人们的重视。设备的多功能性是减少电路尺寸和增强通用性的有效方法，带通滤波器和衰减器广泛结合用于某些特定应用，包括通信和雷达系统中的自动电平或增益控制电路。目前已有的微波器件侧重于多功能或单个可重构，但都无法实现滤波和衰减响应的同时和独立调谐。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器，实现同时具有可调谐滤波和衰减功能的多重构射频器件。
5.为了实现上述目的，本实用新型有如下的技术方案：
6.一种基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器，包括由上至下依次设置的顶面金属层、介质基板以及底面金属层；所述介质基板上竖直贯穿开设若干个金属化通孔形成金属化通孔阵列，金属化通孔与顶面金属层以及底面金属层相连通，通过金属化通孔阵列形成以ct拓扑形式分布的三个谐振腔，三个谐振腔的中心分别设置有一个微扰金属化通孔，三个谐振腔两两之间均通过感性耦合窗相互耦合，所述感性耦合窗由金属化通孔组成，微扰金属化通孔以及感性耦合窗的金属化通孔贯穿介质基板且与顶面金属层和底面金属层相连；所述顶面金属层对应三个谐振腔中心的位置设置有三个环形槽，顶面金属层上设置有可调变容管组，所述可调变容管组的一端与环形槽内侧的顶面金属层连接并通过微扰金属化通孔连接到底面金属层，另一端与环形槽外侧的顶面金属层连接；所述底面金属层上设置有输入输出馈电端口，底面金属层对应三个环形槽的位置设置有三个环形石墨烯层。
7.作为一种优选方案，所述以ct拓扑形式分布的三个谐振腔为相交的三个圆形腔或多边形腔，所述三个谐振腔的形状相同且中心对称，相邻两个谐振腔之间共用部分腔壁。
8.作为一种优选方案，所述的输入输出馈电端口沿一条直线设置有两个，输入输出馈电端口包括接地共面波导以及相连的弧形槽线，两个输入输出馈电端口的弧形槽线包围在两个谐振腔的环形石墨烯层外部，接地共面波导将弧形槽线引至底面金属层的两侧边
缘，介质基板在谐振腔对应通过接地共面波导的位置打开，并在接地共面波导的两侧布置金属化通孔与所述金属化通孔阵列相接。
9.作为一种优选方案，所述输入输出馈电端口由两个谐振腔的腔体侧壁中点引出，且所述两个输入输出馈电端口的结构镜像对称；所述弧形槽线由连续曲线组成或者直线拼接组成。
10.作为一种优选方案，所述感性耦合窗由圆柱、正方体或长方体金属化通孔组成。
11.作为一种优选方案，所述微扰金属化通孔为圆柱、正方体或长方体金属化通孔。
12.作为一种优选方案，所述环形槽为圆形或多边形，所述可调变容管组由相同的多个变容管组成。
13.作为一种优选方案，所述环形石墨烯层为圆形或多边形，环形石墨烯层的形状与环形槽相同。
14.作为一种优选方案，所述环形石墨烯层设置于底面金属层中，且厚度与底面金属层厚度相同。
15.作为一种优选方案，所述可调变容管组的电容值进行改变，所述环形石墨烯层的片电阻保持不变，控制所述滤波器的中心频率移动，则同一中心频率下的传输幅度不变；
16.所述可调变容管组的电容值保持不变，所述环形石墨烯层的片电阻保持改变，控制所述滤波器的中心频率不变，则该中心频率下的传输幅度改变。
17.相较于现有技术，本实用新型至少具有如下的有益效果：
18.通过在顶面金属层上设置可调变容管组，在底面金属层上设置环形石墨烯层，实现了频率和传输幅度独立可调控的siw滤波器，滤波器具有更紧凑的尺寸以及更丰富的功能。在本实用新型频率和传输幅度独立可调控的siw滤波器结构中，介质基板上通过金属化通孔阵列形成以ct(级联型三重态)拓扑形式分布的三个谐振腔，在不额外使用交叉耦合结构的情况下，在滤波器通带的高端引入一个传输零点，提高了滤波器的选择性和带外抑制。本实用新型频率和传输幅度独立可调控的siw滤波器对中心频率的调控仅改变可调变容管组的电容值 c
v1
即可实现，对传输幅度的调控仅改变环形石墨烯层的片电阻rg即可实现，调控方式简单易操作。
附图说明
19.图1本实用新型实施例基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器的三维结构图；
20.图2本实用新型实施例的顶面金属层结构俯视图；
21.图3本实用新型实施例的底面金属层结构俯视图；
22.图4本实用新型实施例滤波器的回波损耗|s11|仿真结果图；
23.图5本实用新型实施例滤波器的插入损耗|s21|仿真结果图；
24.图6本实用新型实施例滤波器在三种中心频率下传输可调性的插入损耗|s21|仿真结果图；
25.附图中：1-顶面金属层；2-介质基板；3-底面金属层；4-金属化通孔阵列；5-可调变容管组；6-环形石墨烯层；7-第一谐振腔；8-第二谐振腔；9-第三谐振腔；10-微扰金属化通孔；11
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环形槽；12-输入输出馈电端口；13-接地共面波导；14-弧形槽线；15-感性耦合窗。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
27.参见图1，本实用新型实施例提出的一种基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器，包括由上至下依次设置的顶面金属层1、介质基板2以及底面金属层3。
28.介质基板2上竖直贯穿开设若干个金属化通孔形成金属化通孔阵列4，金属化通孔均与顶面金属层1以及底面金属层3相连通，通过金属化通孔阵列4形成以ct拓扑形式分布的第一谐振腔7、第二谐振腔8和第三谐振腔9，三个谐振腔为相交的三个圆形腔或多边形腔，三个谐振腔的形状相同且中心对称，相邻两个谐振腔之间共用部分腔壁，本实用新型实施例在这里采用三个圆形谐振腔，三个谐振腔的中心连线构成等边三角形，第一谐振腔7、第二谐振腔8和第三谐振腔9的中心分别设置有一个微扰金属化通孔10，三个谐振腔两两之间均通过感性耦合窗15相互耦合，感性耦合窗15由金属化通孔组成，微扰金属化通孔10以及感性耦合窗15的金属化通孔贯穿介质基板2且与顶面金属层1和底面金属层3相连。
29.在一种可能的实施方式当中，感性耦合窗15由圆柱、正方体或长方体金属化通孔组成。微扰金属化通孔10同样也可以为圆柱、正方体或长方体金属化通孔。
30.如图2所示，顶面金属层1对应三个谐振腔中心的位置设置有三个环形槽11，环形槽11 可以为圆形或多边形，本实施例在这里采用的是圆形，三个环形槽11分别位于第一谐振腔7、第二谐振腔8和第三谐振腔9的中部，每个谐振腔上的微扰金属通孔10和环形槽11同心。在顶面金属层1上设置有可调变容管组5，可调变容管组5的一端与环形槽11内侧的顶面金属层1连接并通过微扰金属化通孔10连接到底面金属层3，可调变容管组5的另一端与环形槽11外侧的顶面金属层1连接；在一种可能的实施方式当中，可调变容管组5由相同型号、相同规格的多个变容管组成，其中，本实施例的变容管型号均采用smv1405。
31.如图3所示，底面金属层3上设置有输入输出馈电端口12，底面金属层3对应三个环形槽11的位置设置有三个环形石墨烯层6。输入输出馈电端口12沿一条直线设置有两个，输入输出馈电端口12包括接地共面波导13以及相连的弧形槽线14，两个输入输出馈电端口12 的弧形槽线14包围在两个谐振腔的环形石墨烯层6外部，接地共面波导13将弧形槽线14引至底面金属层3的两侧边缘，介质基板2在谐振腔对应通过接地共面波导13的位置打开，并在接地共面波导13的两侧布置金属化通孔与金属化通孔阵列4相接。
32.在一种可能的实施方式当中，输入输出馈电端口12由两个谐振腔的腔体侧壁中点引出，且两个输入输出馈电端口12的结构呈左右镜像对称。接地共面波导13的特性阻抗为50欧姆，弧形槽线14的形状为角度为θ的弧形，0
°
≤θ≤180
°
，弧形槽线14由连续曲线组成或者直线拼接组成。环形石墨烯层6为圆形或多边形，环形石墨烯层6的形状与环形槽11相同，环形石墨烯层6设置于底面金属层3中，且厚度与底面金属层3厚度相同。
33.本实用新型基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器，将可调变容管组5的电容值进行改变，环形石墨烯层6的片电阻保持不变，控制滤波器的中心频率移动，则同一中心频率下的传输幅度不变；将可调变容管组5的电容值保持不变，环形石墨烯层6的片电阻保持改变，控制滤波器的中心频率不变，则该中心频率下的传输幅度改变。
34.参见图2以及图3，本实用新型实施例的介质基板2采用厚度为5mm的f4bme基板，其相对介电常数εr＝3.55，损耗角正切tanδ＝0.0002，厚度为5mm。
35.金属化通孔阵列4的金属化通孔直径为1mm，构成感性耦合窗15的金属化通孔直径
为0.8mm，微扰金属化通孔10的直径为0.5mm。图2和图3中的几何参数分别为：r＝13，d1＝5， d2＝5.8，d3＝7，d4＝8.5，l1＝7.5，l2＝l3＝12.2，l4＝16，r
cpw
＝4.5，l
cpw
＝8.8，w
cpw
＝0.3，θ＝90.5
°
。
36.结合图4至图6可以看出，本实用新型基于ct拓扑的频率和幅度独立可调控siw滤波器，采用在siw滤波器的顶面金属层1加载可调变容管组5来调节滤波器的中心频率，通过在siw滤波器的底面金属层3环形槽中加载环形石墨烯层6来控制滤波器的传输幅度，并且谐振腔采用ct拓扑在滤波器的通带高端引入一个传输零点，提高了带外抑制特性。本实用新型的siw滤波器对中心频率的调控仅改变可调变容管组5的电容值c
v1
即可实现，对传输幅度的调控仅改变环形石墨烯层6的片电阻rg即可实现，调控方式简单、易操作。
37.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。