本发明涉及微波无源器件领域，特别是涉及一种基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器
背景技术：
1、随着通信技术的迅速演进，滤波器作为电路的关键组成部分备受瞩目。近十多年来，基片集成波导技术的崛起将传统平面结构与非平面结构滤波器的优点融为一体。这种技术创新赋予了基片集成波导滤波器高品质因数(q值)、极低辐射损耗和较大功率容量的特性。值得一提的是，它易于与平面结构电路集成，同时也有效降低了加工成本。
2、滤波器的选择性是评估其性能的重要标准。在信号传输或采集过程中，来自不同信源的干扰对信号质量造成影响。不同信号频率的相互交织和重叠会损害信号接收效果，降低通信信号的质量。高选择性的滤波器有助于减少这些干扰，提升系统性能和可靠性。
3、此外，当下备受关注的5g微波毫米波通信系统，特别是大规模mimo系统，对微波毫米波前端模块的尺寸提出更高要求。因此，迫切需要研究满足高选择性和尺寸小型化优势的滤波器，以满足日益增长的通信需求。
技术实现思路
1、技术问题：本发明的目的是提出一种基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，该滤波器是同时具有高选择性及小型化优点的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，提高滤波器的选择性，在提升了滤波器选择性的情况下，实现了小型化且加工方便。
2、技术方案：为达到此目的，本发明的一种基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器包括从上往下堆叠的上层单元、下层单元；
3、上层单元包括第一介质基片及粘结层，第一介质基片的上表面设有第一金属层，粘结层的下表面设有第二金属层，第一介质基片和粘结层中设有贯穿第一金属层和第二金属层的上层金属化通孔阵列；
4、下层单元包括第二介质基片，第二介质基片的上表面设有第二金属层，第二介质基片的下表面设有第三金属层，第二介质基片中设有贯穿第二金属层和第三金属层的下层金属化通孔阵列；
5、上层单元的上层金属化通孔阵列的左侧部、第一金属层的左侧部和第二金属层构成上层单元的左侧半模谐振腔，下层单元的上层金属化通孔阵列的右侧部、第一金属层的右侧部和第二金属层构成上层单元的右侧半模谐振腔，下层单元的下层金属化通孔阵列、第二金属层和第三金属层构成下层单元的全模谐振腔；
6、第二金属层开有矩形耦合槽，第三金属层开有半环形缝隙；
7、所述上层单元的左侧半模谐振腔通过左侧的共面波导连接输入微带线，上层单元的右侧半模谐振腔通过右侧的共面波导接输出微带线。
8、所述上层单元与下层单元位于不同的平面；左侧半模谐振腔和全模谐振腔通过矩形耦合槽形成垂直耦合，全模谐振腔和右侧半模谐振腔通过矩形耦合槽形成垂直耦合；左侧半模谐振腔和右侧半模谐振腔通过微带短截线形成水平耦合；垂直耦合路径为主耦合路径，水平耦合路径为交叉耦合路径，垂直耦合与水平耦合两种方式构成了滤波器的水平垂直交叉耦合结构。
9、所述矩形耦合槽有四个均位于下层金属化通孔阵列内谐振腔的两侧，且与相对的谐振腔侧壁平行，四个矩形耦合槽的耦合槽面积相同。
10、所述矩形耦合槽提供垂直耦合路径的磁耦合，通过调节矩形耦合槽的面积，控制垂直耦合路径的磁耦合量。
11、所述微带短截线有两个分别位于左侧半模谐振腔与右侧半模谐振腔之间间隙的两端且与相对的谐振腔侧壁平行，第一金属层的两个微带短截线的面积相同。
12、所述微带短截线提供水平耦合路径的磁耦合，通过调节微带短截线的宽度，控制水平耦合路径的磁耦合量。
13、所述第三金属层中的两个半环形缝隙对称分布在下层金属化通孔阵列内的两侧，两个半环形缝隙的圆弧向内弯曲。
14、所述第三金属层的两个半环形缝隙面积相同，通过调节半环形缝隙的面积，控制全模谐振腔的频率。
15、所述输入微带线和输出微带线均为50欧姆。
16、所述上层单元的上层金属化通孔阵列整体呈两个相对的“c”字形，输入微带线、输出微带线位于第一金属层上两个相对的“c”字形之间。
17、有益效果：本发明公开了基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，相对于传统的基片集成波导全模腔滤波器，本滤波器通过垂直耦合与水平耦合形成的交叉耦合路径，在靠近通带附近的位置增加一个传输零点，提高滤波器的选择性。同时相对于传统的多阶基片集成波导滤波器，本发明在提升了滤波器选择性的情况下，通过垂直耦合结构及半模技术减小了滤波器的尺寸，实现了小型化。此外，本发明的水平垂直交叉耦合结构可通过普通的多层pcb工艺实现，加工方便。
1.一种基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：包括从上往下堆叠的上层单元、下层单元；
2.根据权利要求1所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述上层单元与下层单元位于不同的平面；左侧半模谐振腔(r1)和全模谐振腔(r2)通过矩形耦合槽(12)形成垂直耦合，全模谐振腔(r2)和右侧半模谐振腔(r3)通过矩形耦合槽(12)形成垂直耦合；左侧半模谐振腔(r1)和右侧半模谐振腔(r3)通过微带短截线(11)形成水平耦合；垂直耦合路径为主耦合路径，水平耦合路径为交叉耦合路径，垂直耦合与水平耦合两种方式构成了滤波器的水平垂直交叉耦合结构。
3.根据权利要求2所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述矩形耦合槽(12)有四个均位于下层金属化通孔阵列(10)内谐振腔的两侧，且与相对的谐振腔侧壁平行，四个矩形耦合槽(12)的耦合槽面积相同。
4.根据权利要求3所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述矩形耦合槽(12)提供垂直耦合路径的磁耦合，通过调节矩形耦合槽(12)的面积，控制垂直耦合路径的磁耦合量。
5.根据权利要求2所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述微带短截线(11)有两个分别位于左侧半模谐振腔(r1)与右侧半模谐振腔(r3)之间间隙的两端且与相对的谐振腔侧壁平行，第一金属层(3)的两个微带短截线的面积相同。
6.根据权利要求5所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述微带短截线(11)提供水平耦合路径的磁耦合，通过调节微带短截线(11)的宽度，控制水平耦合路径的磁耦合量。
7.根据权利要求1所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述第三金属层(5)中的两个半环形缝隙(13)对称分布在下层金属化通孔阵列(10)内的两侧，两个半环形缝隙(13)的圆弧向内弯曲。
8.根据权利要求5所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述第三金属层(5)的两个半环形缝隙(13)面积相同，通过调节半环形缝隙的面积，控制全模谐振腔的频率。
9.根据权利要求1所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述输入微带线(1)和输出微带线(2)均为50欧姆。
10.根据权利要求1所述的基于水平垂直交叉耦合半模腔的双层基片集成波导滤波器，其特征在于：所述上层单元的上层金属化通孔阵列(9)整体呈两个相对的“c”字形，输入微带线(1)、输出微带线(2)位于第一金属层(3)上两个相对的“c”字形之间。
