本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种滤波器谐振装置以及对称折叠基片集成波导滤波器。
背景技术：
随着信息技术的日新月异，微波毫米波系统正向着小型化、高集成度、高性能、低成本的方向发展，因此，微波毫米波中微波器件，例如，滤波器，的小型化程度提出了更高的要求。近年来，基片集成波导技术(substrateintegratedwaveguide，siw)因其良好的导波特性和易于与其他平面器件集成的特点而受到普遍的关注，因而也促进基片集成波导滤波器技术的发展，各种新型的集成波导滤波器层出不穷。
虽然基片集成波导滤波器与金属波导滤波器相比尺寸小了很多，但是，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的基片集成波导滤波器的横向尺寸仍然很大。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的基片集成波导滤波器的横向尺寸仍然很大问题，提供一种滤波器谐振装置以及对称折叠基片集成波导滤波器。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种滤波器谐振装置，包括至少两个滤波器谐振模块；各滤波器谐振模块按预设规则排列；预设规则用于使各滤波器谐振模块按其排列后、各滤波器谐振模块相互耦合；
所述滤波器谐振模块包括：
第一层介质板，第一层介质板包括第一板面和与第一板面相对的第二板面；
第二层介质板，第二层介质板包括第三板面和与第三板面相对的第四板面，第二层介质板沿第一层介质板的厚度方向叠加、且第三板面相对于第二板面；
第一导电层，第一导电层设置于第一板面上；
第二导电层，第二导电层设置于第二板面或第三板面上，第二导电层包括第一导电单元和第二导电单元，第一导电单元围设形成空腔，第二导电单元设置于空腔内、并与第一导电单元不导通；
第三导电层，第三导电层设置于第四板面上；
空心槽，空心槽贯穿于第一导电层和第一层介质板；
第一金属通孔阵，第一金属通孔阵包括若干第一金属通孔，各第一金属通孔贯穿于第一层介质板、第一导电层以及第二导电层、并导通第一导电层和第二导电层，各第一金属通孔沿空心槽的外轮廓设置、且围成的图形近似于空心槽的外轮廓的图形，各第一金属通孔的直径d1相等，任意相邻的两个第一金属通孔的中心之间的间距小于0.25λ且小于4d1；及
第二金属孔阵，第二金属孔阵包括若干第二金属通孔，各第二金属通孔贯穿于第一层介质板、第一导电层、第二导电层、第二层介质板以及第三导电层、并导通第一导电层、第二导电层和第三导电层，各第二金属通孔沿第一导电单元的外轮廓设置、且围成的图形近似于第一导电单元的外轮廓的图形，各第二金属通孔的直径d2相等，任意相邻的两个第二金属通孔的中心之间的间距小于0.25λ且小于4d2。
在其中一个实施例中，第一金属通孔的直径d1与第二金属通孔的直径d2相等。
在其中一个实施例中，第一层介质板、第二层介质板均为矩形介质板。
在其中一个实施例中，空心槽为矩形空心槽。
在其中一个实施例中，第一导电单元围设形成矩形空腔；第二导电单元为矩形导电单元、且设置于矩形空腔内。
在其中一个实施例中，第一层介质板、二层介质板为均圆形介质板。
在其中一个实施例中，空心槽为圆形空心槽。
在其中一个实施例中，第一导电单元围设形成圆形空腔；第二导电单元为圆形导电单元、且设置于圆形空腔内。
另一方面，还提供了一种滤波器，包括如上所述的滤波器谐振装置；滤波器谐振装置包括两个滤波器谐振模块，其中，一个滤波器谐振模块通过另一个滤波器谐振模块沿两者接触边翻转180°得到，且各滤波器谐振模块的中心面在同一平面上；
还包括：第一电接头、第二电接头、第一馈线单元、第二馈线单元、第一矩形介质板延长单元、第二矩形介质板延长单元；
其中，第一矩形介质板延长单元与一个滤波器谐振模块的第一层介质板机械连接，第二矩形介质板延长单元与另一个滤波器谐振模块的第二层介质板机械连接，且第一矩形介质板延长单元的中心线与第二矩形介质板延长单元的中心线相互平行；第一馈线单元设置于第一矩形介质板延长单元上、且与第二层导电层电连接；第二馈线单元设置于第二矩形介质板延长单元上、且与第二层导电层电连接；第一电接头焊接到第一馈线层上；第二电接头焊接到第二馈线层上。
在其中一个实施例中，第一电接头为sma型接头；第二电接头为sma型接头。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
将至少两个滤波器谐振模块按预设规则排列，使得各滤波器谐振模块的电磁场相互耦合，并可通过调整滤波器谐振模块结构尺寸参数来调整滤波器谐振装置的中心频率，其中，各滤波器谐振模块包括第一层介质板、沿厚度方向叠加的第二层介质板、第一导电层、第二导电层以及第三导电层，第一导电层设置于第一板面，第二导电层设置于第二板面或第三板面，第三导电层设置于第四板面，空心槽贯穿于第一导电层和第一层介质板，第一金属通孔振贯穿于第一层介质板、第一导电层以及第二导电层、并导通第一导电层和第二导电层，第二金属通孔阵贯穿于第一层介质板、第一导电层、第二导电层、第二层介质板以及第三导电层、并导通第一导电层、第二导电层和第三导电层，在第二导电层上开设环形槽，将上述滤波器谐振模块按预设规则排列后构成对称折叠型的滤波器谐振装置，相对于传统的滤波器的空心槽，其尺寸有了明显的减小，而且相对于非对称折叠型的空心槽，本发明的滤波器谐振装置采用了完全金属过孔封闭结构，有效地减少了能量的泄漏，具备高q值特性，从而本发明对称折叠基片集成波导滤波器高度小型化，并具备优异的性能。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为在一个实施例中本发明滤波器谐振装置中的滤波器谐振模块的结构示意图；
图2为在一个实施例中本发明滤波器谐振装置的结构示意图；
图3为在一个实施例中本发明滤波器谐振装置中的圆形谐振腔滤波器谐振模块的平面示意图；
图4为在一个实施例中本发明对称折叠基片集成波导滤波器的结构示意图；
图5为在一个实施例中本发明对称折叠基片集成波导滤波器的侧视图；
图6为在一个实施例中本发明对称折叠基片集成波导滤波器中的第二导电层的平面示意图；
图7为在一个实施例中本发明对称折叠基片集成波导滤波器的仿真及实测的滤波器传输特性曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“设置于”、“贯穿于”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决传统的基片集成波导滤波器的横向尺寸仍然很大问题，本发明滤波器谐振装置提供了一种滤波器谐振装置实施例，如图1所示，包括至少两个滤波器谐振模块11；各滤波器谐振模块11按预设规则排列；预设规则用于使各滤波器谐振模块11按其排列后、各滤波器谐振模块11相互耦合；
滤波器谐振模块包括：
第一层介质板111，第一层介质板111包括第一板面和与第一板面相对的第二板面；
第二层介质板112，第二层介质板112包括第三板面和与第三板面相对的第四板面，第二层介质板112沿第一层介质板111的厚度方向叠加、且第三板面相对于第二板面；
第一导电层113，第一导电层113设置于第一板面上；
第二导电层114，第二导电层114设置于第二板面或第三板面上，第二导电层114包括第一导电单元1141和第二导电单元1143，第一导电单元1141围设形成空腔，第二导电单元1143设置于所空腔内、并与第一导电单元1141不导通；
第三导电层115，第三导电层115设置于第四板面上；
空心槽116，空心槽116贯穿于第一导电层113和第一层介质板111；
第一金属通孔阵117，第一金属通孔阵117包括若干第一金属通孔，各第一金属通孔贯穿于第一层介质板111、第一导电层113以及第二导电层114、并导通第一导电层113和第二导电层114，各第一金属通孔沿空心槽116的外轮廓设置、且围成的图形近似于空心槽116的外轮廓的图形，各第一金属通孔的直径d1相等，任意相邻的两个第一金属通孔的中心之间的间距小于0.25λ且小于4d1；及
第二金属孔阵118，第二金属孔阵118包括若干第二金属通孔，各第二金属通孔贯穿于第一层介质板111、第一导电层113、第二导电层114、第二层介质板112以及第三导电层115、并导通第一导电层113、第二导电层114和第三导电层115，各第二金属通孔沿第一导电单元1141的外轮廓设置、且围成的图形近似于第一导电单元1141的外轮廓的图形，各第二金属通孔的直径d2相等，任意相邻的两个第二金属通孔的中心之间的间距小于0.25λ且小于4d2。
其中，第一层介质板用于承载第一导电层，或者还用承载第二导电层、第二层介质板用于承载第三导电层，或者还用于承载第二导电层。进一步的在一个实施例中，第一层介质板、第二层介质板均采用arlonad260a材料(介电常数为2.6)，且厚度设计为0.8mm(毫米)，需要说明的是，该实施例中仅列举了一种可作为介质板的材料，其他未列举且可用作介质板的材料在实际设计需求均可选用。第一层介质板和第二层介质板的形状相同，且在厚度方向叠加或层叠，即第一层介质板的第二板面相对于第二层介质板的第三板面。
第一导电层、第二导电层和第三导电层用于传导能力，可采用镀锡工艺分别镀上介质板对应的板面上，其中，如图1所示，第二导电层内部开设了一圈环状槽，即将第二导电层分为第一导电单元和第二导电单元，第一导电单元围设形成空腔，第二导电单元设置于空腔内，并于第一导电单元不导通，即第一导电单元和第二导电单元之间形成的环形缝隙为耦合槽，需要说明的是，耦合槽用于将其下层的能量耦合到其上层上，通过此方式形成了对称折叠的基片集成波导谐振腔，也就是说此谐振腔相当于是传统基片集成波导沿耦合槽折叠而形成。同时第二导电层用来给滤波器谐振装置馈电。导电层可铜、锡等材料制成。
空心槽，空心槽贯穿于第一导电层和第一层介质板，相邻两个滤波器谐振模块的空心槽相互耦合，并可通过改变空心槽的尺寸来调节中心频率，使得本发明可根据实际使用需求，通过调整空心槽的尺寸来设计出不同工作频率的滤波器。
在空心槽的四周布置一圈第一金属通孔(各第一金属通孔沿空心槽的外轮廓设置、且围成的图形近似于空心槽的外轮廓的图形)形成第一金属通孔阵，第一金属通孔阵包括若干第一金属通孔，各第一金属通孔贯穿于第一层介质板、第一导电层以及第二导电层、并导通第一导电层和第二导电层。为了更好的锁住能量，任意相邻的两个第一金属通孔的中心之间的间距小于0.25λ(电磁波波长)且小于4d1(d1为第一金属通孔的直径)。其中，需要解释的是，金属通孔是指顶层和底层之间的孔壁上用化学反应将一层薄铜镀在孔的内壁上，使得印制电路板的顶层与底层相互连接。
沿第二导电层的外轮廓布置一圈第二金属通孔(各第二金属通孔沿第一导电单元的外轮廓设置、且围成的图形近似于第一导电单元的外轮廓的图形)形成第二金属通孔阵，各第二金属通孔贯穿于第一层介质板、第一导电层、第二导电层、第二层介质板以及第三导电层、并导通第一导电层、第二导电层和第三导电层。为了更好锁住能量，任意相邻的两个第二金属通孔的中心之间的间距小于0.25λ且小于4d2(d2为第二金属通孔的直径)。
第一金属通孔阵和第二金属通孔阵，相当于为滤波器谐振装置提供了金属壁，形成接近完全封闭的空间，能量只能在该空间内传播。
各滤波器谐振模块按预设规则排列，预设规则用于使各滤波器谐振模块按其排列后、各滤波器谐振模块相互耦合，在一个实施例中，预设规则排列可为任意相邻的两个滤波器谐振模块，其中一个滤波器谐振模块通过另一个滤波器谐振模块沿两者接触边翻转180°得到，依次类推，其他滤波器谐振模块采样同样的规则得到，且各滤波器谐振模块的中心面在同一平面上，如图2所示，采用两个滤波器谐振模块(第一滤波器谐振模块210、第二滤波器谐振模块220)按上述预设规则排列，得到含两个谐振腔的滤波器谐振装置。在一个实施例中，预设规则排列为各滤波器谐振模块沿任意一个滤波器谐振模块的厚度方向叠加。
滤波器谐振模块的个数，可根据实际应用需要而定。
本发明滤波器谐振装置各实施例，将至少两个滤波器谐振模块按预设规则排列，使得各滤波器谐振模块的电磁场相互耦合，并可通过调整滤波器谐振模块结构尺寸参数来调整滤波器谐振装置的中心频率，其中，各滤波器谐振模块包括第一层介质板、沿厚度方向叠加的第二层介质板、第一导电层、第二导电层以及第三导电层，第一导电层设置于第一板面，第二导电层设置于第二板面或第三板面，第三导电层设置于第四板面，空心槽贯穿于第一导电层和第一层介质板，第一金属通孔阵贯穿于第一层介质板、第一导电层以及第二导电层、并导通第一导电层和第二导电层，第二金属通孔阵贯穿于第一层介质板、第一导电层、第二导电层、第二层介质板以及第三导电层、并导通第一导电层、第二导电层和第三导电层，在第二导电层上开设环形槽，将上述滤波器谐振模块按预设规则排列后构成对称折叠型的滤波器谐振装置，相对于传统的滤波器的空心槽，其尺寸有了明显的减小，而且相对于非对称折叠型的空心槽，本发明的滤波器谐振装置采用了完全金属过孔封闭结构，有效地减少了能量的泄漏，具备高q值特性，从而本发明对称折叠基片集成波导滤波器高度小型化，并具备优异的性能。
在上述实施例的基础上，进一步的，第一金属通孔的直径d1与第二金属通孔的直径d2相等。
具体而言，将第一金属通孔的直径d1和第二金属通孔的直径d2设计成相等。在一个实施例中，任意相邻的两个第一金属通孔的中心之间的间距相等，任意相邻的两个第二金属通孔的中心之间的间距相等，且任意相邻的两个第一金属通孔的中心之间的间距等于任意相邻的两个第二金属通孔的中心之间的间距，且间距小于0.25λ且小于4d2(或4d1)。
本发明滤波器谐振装置各实施例，将第一金属通孔和第二金属通孔的直径设计成相等，且相邻的第一金属通孔的中心的距离与相邻的第二金属通孔的中心的距离设计成相等，可降低本发明的生成制造成本。
在上述任意一个实施例的基础上，进一步的，第一层介质板、第二层介质板均为矩形介质板。
进一步的，空心槽为矩形空心槽。
进一步的，第一导电单元围设形成矩形空腔；第二导电单元为矩形导电单元、且设置于矩形空腔内。
具体而言，第一层介质板和第二层介质板采用矩形介质板，第二金属通孔阵围成的是矩形。空心槽设计成矩形空心槽，第一金属通孔围成的是矩形，进一步的，一个实施例中，空心槽的侧壁围城的矩形与第一层介质板的外侧壁围成的矩形为同心矩形(各矩形中心重合，一个矩形的短边与另一个矩形的任意短边平行)。
第一导电单元围设形成的矩形与第一层介质板的外侧壁围成的矩形为同心矩形，第二导电单元与第一导电单元之间的环形槽在任意一处的槽宽都相等。
需要说明的是，导电层、金属通孔阵以及空心槽形成矩形谐振腔。
在一个实施例中，如图3所示，第一层介质板、二层介质板为均圆形介质板。
进一步的，空心槽为圆形空心槽。
进一步的，第一导电单元围设形成圆形空腔；第二导电单元为圆形导电单元、且设置于圆形空腔内。
具体而言，第一层介质板和第二层介质板采用圆形介质板，第二金属通孔阵围成的是圆形。空心槽设计成圆形空心槽，第一金属通孔围成的是圆形，进一步的，一个实施例中，空心槽的侧壁围城的圆形与第一层介质板的外侧壁围成的圆形为同心圆。
第一导电单元围设形成的圆形与第一层介质板的外侧壁围成的圆形为同心圆，第二导电单元与第一导电单元之间的环形槽在任意一处的槽宽都相等。
本发明滤波器谐振装置各实施例，提供了不同形状的谐振腔，满足不同工作状况的需求。
在一个实施例中，本发明还提供了一种对称折叠基片集成波导滤波器实施例，如图4和5所示，包括如本发明滤波器谐振装置实施例所述的滤波器谐振装置；滤波器谐振装置包括两个滤波器谐振模块(如图4所示的410和420)，其中，一个滤波器谐振模块通过另一个滤波器谐振模块沿两者接触边翻转180°得到，且各空心槽模块的中心面在同一平面上；
还包括：第一矩形介质板延长单元450、第二矩形介质板延长单元460、连接第一电接头的第一馈线单元430以及连接第二电接头的第二馈线单元440；
其中，第一矩形介质板延长单元450与一个滤波器谐振模块410的第一层介质板机械连接，第二矩形介质板延长单元460与另一个空心槽模块420的第二层介质板机械连接，且第一矩形介质板延长单元450的中心线与第二矩形介质板延长单元460的中心线相互平行；第一馈线单元430设置于第一矩形介质板延长单元450上、且与第二层导电层电连接；第二馈线单元440设置于第二矩形介质板延长单元460上、且与第二层导电层电连接；第一电接头焊接到第一馈线层上；第二电接头焊接到第二馈线层上。
进一步的，第一电接头为sma型接头；第二电接头为sma型接头。
需要说明的是，电接头用于接源和接负载，进一步，在一个实施例中电接头(第一电接头、第二电接头)可为sma接头。各滤波器谐振模块在连接时，第二金属通孔阵会做相应的调整，即滤波器谐振模块相接处共用一列第二金属通孔，且该列最中间的两个第二金属通孔的中心之间的距离增大，且两者之间的区域作为耦合窗。
在相接处两侧的两列第二金属通孔中的最中间的的两个第二金属通孔的中心之间的距离增大，且增大的距离相同。
如图6所示，第二导电层做适应性调整，包括第一导电单元610和第二导电单元620。第一导电单元610和第二导电单元620之间的缝隙为耦合槽，耦合槽用于将其下层的能量耦合到其上层上，通过此方式改变了传统谐振腔的结构，形成了小型化的对称折叠基片集成波导谐振腔。
具体而言，如图4和5所示，两个滤波器谐振模块在相互连接的一侧共用一列第二金属通孔，且该列第二金属通孔中最近邻对称轴的两个第二金属通孔(该两个第二金属通孔之间的空间作为本发明对称折叠基片集成波导滤波器的谐振腔耦合窗，d4的大小决定了耦合的大小)的中心之间距离为d4＝13mm。在分别分布在该列第二金属通孔两侧的两列第二金属通孔，该两列金属通孔中最近邻对称轴的两个第二金属通孔的中心之间的距离为d5＝5mm，其他任意相邻的两个第二金属通孔的中心之间的距离为p＝1mm。
各第二金属通孔的中心围成的矩形的长为d1＝19mm、宽为d2＝19mm。
滤波器谐振模块的第一层介质板和第二层介质板的长为l1＝40mm、宽为l2＝19.5mm、第一层介质板的厚度为h1＝0.8mm、第二层介质板的厚度为h2＝0.8mm。
第一矩形介质板延长单元和第二矩形介质板延长单元的长为l1、宽为f＝5mm。
空心槽的长和宽为l3＝7mm。各第一金属通孔的中心围成的矩形的长和宽为d3＝8mm，且任意相邻的两个第一金属通孔的中心之间的距离为p。
第一馈线单元、第二馈线单元的长为f＝5mm、宽为e＝4mm。
第一金属通孔、第二金属通孔的直径为d＝0.4mm。
需要说明的是，对该实施例中的对称折叠基片集成波导滤波器用有限元仿真软件(ansyshfss)进行了仿真分析，当对称折叠基片集成波导滤波器工作在4ghz(吉赫兹)，插入损耗为-0.79db(分贝)，回波损耗-28.2db，-3db以下带宽为110mhz(兆赫兹)，当工作在3.98ghz，带宽为100m(兆)，插入损耗为-2.1db，回波损耗为-25.5db，仿真及实测的滤波器传输特性曲线如图7所示，仿真与实测结果很好的吻合。
该实施例中给出了一种尺寸的对称折叠基片集成波导滤波器，经性能测试本发明对称折叠基片集成波导滤波器性能优异，本发明更主要的是提供一种设计构思，而对称折叠基片集成波导滤波器各结构的尺寸可根据实际应用需求，对尺寸作出适应性调整，即可得到结构相同尺寸不同的对称折叠基片集成波导滤波器。
本发明对称折叠基片集成波导滤波器各实施例，有效地减小了滤波器的尺寸，经优化，本发明对称折叠基片集成波导滤波器的谐振腔仅为传统滤波器的谐振腔体积的27％，实现高度小型化，另外，相对于非对称折叠，本发明对称折叠基片集成波导滤波器的谐振腔由于采用了完全金属通孔封闭结构，能够有效减少能量泄露，具有高q值的特性，从而插损很小。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。