CN100444461C - 基片集成波导准感性通孔滤波器 - Google Patents
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Abstract
基片集成波导准感性通孔滤波器是一种可以应用于微波毫米波电路的设计，亦可用于微波毫米波集成电路的设计的基片集成波导准感性通孔滤波器。该滤波器包括金属贴片(1)、介质基片(2)、金属通孔(3)；金属贴片(1)设置在介质基片(2)上，作为滤波器主体的金属贴片(1)的中部为矩形，两头对称为“漏斗”形的端口，在金属贴片(1)中部的矩形两侧沿边线分别设有两排金属通孔，在该两排金属通孔之间还设有一排由许多金属通孔组成的圆环即第一准感性通孔、第二准感性通孔、第三准感性通孔、第四准感性通孔、第五准感性通孔、第六准感性通孔，沿输入端(4)、输出端(5)的方向排列。这种滤波器器具有易于集成、加工成本比较低廉、结构简单的特点。
Description
技术领域
本发明是一种可以应用于微波毫米波电路的设计，亦可用于微波毫米波集成电路的设计的基片集成波导准感性通孔滤波器。属于微波滤波器的技术领域。
背景技术
微波毫米波滤波器在微波毫米波射频系统中
许多设计问题的中心
如在变频器、倍频器以及多路通信中。电磁波频谱是有限的，须按应用加以分配；而滤波器既可以用来限定大功率发射机在规定频带内辐射，反过来
可用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。利用微波毫米波金属波导可以制作出高Q值、低损耗、高性能的微波滤波器，但是这种滤波器首先难以加工，需要很高的加工精度；其次生产成本比较昂贵；第三这种滤波器器体积比较庞大，很难应用于微波、毫米波集成电路的设计之中。因此，迫切需要高性能、体积小、重量轻、高Q值、低损耗、低成本、易于集成的微波毫米波滤波器，以利于微波毫米波集成电路的设计；第四基片集成波导感性通孔滤波器性能好、体积小、重量轻、高Q值、低损耗、低成本、易于集成，但是由于感性通孔的直径受到生产工艺的限制，设计时需要反复优化大大增加了设计难度。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基片集成波导准感性通孔滤波器，解决微波毫米波滤波器的集成问题，而且相对于原有的基片集成波导感性通孔滤波器更便于设计，这种滤波器器具有易于集成、加工成本比较低廉、结构简单的特点，适合于微波毫米波集成电路的设计，与微带结构相比较具有较高的Q值，较低的损耗。
技术方案：本发明的基片集成波导准感性通孔滤波器包括金属贴片、介质基片、金属通孔；金属贴片设置在介质基片上，作为滤波器主体的金属贴片的中部为矩形，两头对称为“漏斗”形的端口，在金属贴片中部的矩形两侧沿边线分别设有两排金属通孔，在该两排金属通孔之间还设有一排由许多金属通孔组成的圆环即第一准感性通孔、第二准感性通孔、第三准感性通孔、第四准感性通孔、第五准感性通孔、第六准感性通孔，沿输入端、输出端的方向排列。
金属通孔的孔径D＝0.2～0.8mm，孔距S＝0.8～1.2mm。微带线宽度w＝1～2mm、阻抗变换器宽度tw＝6.3～6.9mm、阻抗变换器长度tl＝13～15mm、第一准感性通孔直径D1＝1～2mm、第二准感性通孔直径D2＝0.7～0.9mm、第三准感性通孔直径D3＝2.6～2.8mm、第四准感性通孔直径D4＝2.8～3mm、第五准感性通孔直径D5＝2.6～2.8mm、第六准感性通孔直径D6＝0.7～0.9mm、第一谐振腔长度L1＝12～12.4mm、第二谐振腔长度L2＝13.8～14.4.mm、第三谐振腔长度L3＝14.07～14.67mm、第四谐振腔长度L4＝13.8～14.4mm、第五谐振腔长度L5＝12～12.4mm、基片集成波导宽度Wsiw＝15.4～16.4mm。
基片集成波导准感性通孔滤波器是利用了矩形金属波导具有高Q值、低损耗的特点，首先在介质基片的基础上实现了基片集成波导，这种波导具有和矩形金属波导相类似的传输特性；然后，通过在基片集成波导中加载多个感性通孔而构成，每个感性通孔由一圈金属通孔构成，感性通孔之间的间距约为二分之一个波导波长，从而形成了谐振腔。通过改变感性通孔的尺寸来控制谐振腔之间耦合的强弱，使整个结构起到滤波器的效果。在这种基片集成波导准感性通孔滤波器的结构中，我们主要注意了以下几点的设计：
1：)所有的结构都是利用在介质基片上打一系列的金属通孔阵列来实现，从而有利于这种基片集成波导准感性通孔滤波器在微波毫米波电路设计中的集成；
2：)准感性通孔滤波器的滤波功能主要是通过准感性通孔结构控制串联基片集成波导谐振腔的相互耦合来实现，因此基片集成波导中的准感性通孔结构的设计对整个基片集成波导准感性通孔滤波器起到非常重要的作用；
有益效果：基片集成波导准感性通孔滤波器具有以下优点：
1：)这种基片集成波导准感性通孔滤波器在微波毫米波电路的设计中易于集成。这是由于这种滤波器完全在介质基片上实现，利用介质基片的介电常数可以很方便的调节这种滤波器尺寸的大小，从而较好的实现和其他微波毫米波电路的集成；
2：)能够具有较好的性能。它的特性和传统的金属波导感性通孔滤波器器相类似，从而具有较好的性能；
3：)这种基片集成波导准感性通孔滤波器器具有较高的Q值，较低的损耗。这是由于这种结构具有与矩形金属波导相类似的特性，所以与微带电路相比，它的Q值比较高，损耗比较低；
4：)克服工艺限制。因为通过一圈金属通孔实现准感性通孔结构，所以基片集成波导准感性通孔尺寸不会受到工艺限制。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的实测结果图。
以上的图中有：金属贴片1、介质基片2、金属通孔3、输入端4、输出端5、微带线宽度w、阻抗变换器宽度tw、阻抗变换器长度tl、金属通孔3孔径D、金属通孔3之间距离S、第一准感性通孔直径D1、第二准感性通孔直径D2、第三准感性通孔直径D3、第四准感性通孔直径D4、第五准感性通孔直径D5、第六准感性通孔直径D6、第一谐振腔长度L1、第二谐振腔长度L2、第三谐振腔长度L3、第四谐振腔长度L4、第五谐振腔长度L5、基片集成波导宽度Wsiw。
具体实施方式
本发明的基片集成波导准感性通孔滤波器包括金属贴片1、介质基片2、金属通孔3；金属贴片1设置在介质基片2上，作为滤波器主体的金属贴片1的中部为矩形，两头对称为“漏斗”形的端口，在金属贴片1中部的矩形两侧沿边线分别设有两排金属通孔，在该两排金属通孔之间还设有一排由许多金属通孔组成的圆环即第一准感性通孔、第二准感性通孔、第三准感性通孔、第四准感性通孔、第五准感性通孔、第六准感性通孔，沿输入端4、输出端5的方向排列。金属通孔3的孔径D＝0.2～0.8mm，孔距S＝0.8～1.2mm。微带线宽度w＝1～2mm、阻抗变换器宽度tw＝6.3～6.9mm、阻抗变换器长度tl＝13～15mm、第一准感性通孔直径D1＝1～2mm、第二准感性通孔直径D2＝0.7～0.9mm、第三准感性通孔直径D3＝2.6～2.8mm、第四准感性通孔直径D4＝2.8～3mm、第五准感性通孔直径D5＝2.6～2.8mm、第六准感性通孔直径D6＝0.7～0.9mm、第一谐振腔长度L1＝12～12.4mm、第二谐振腔长度L2＝13.8～14.4.mm、第三谐振腔长度L3＝14.07～14.67mm、第四谐振腔长度L4＝13.8～14.4mm、第五谐振腔长度L5＝12～12.4mm、基片集成波导宽度Wsiw＝15.4～16.4mm。
我们在X波段实现了以上介绍的基片集成波导准感性通孔滤波器，用来构成介质集成波导金属通孔的直径为0.4mm，通孔之间的间距为0.8mm，介质基片的相对电介电常数为2.2，如附图所示，其他参数如下表所示：
| W(mm) | 1.5 | D6(mm) | 0.8 |
| tw(mm) | 6.6 | L1(mm) | 12.2 |
| tl(mm) | 14 | L2(mm) | 14.1 |
| Wsiw(mm) | 15.9 | L3(mm) | 14.37 |
| D1(mm) | 0.8 | L4(mm) | 14.1 |
| D2(mm) | 2.7 | L5(mm) | 12.2 |
| D3(mm) | 2.9 | D(mm) | 0.4 |
| D4(mm) | 2.9 | S(mm) | 0.8 |
| D5(mm) | 2.6 |
基片集成波导具有和矩形金属波导相类似的传输特性。我们所设计的基片集成波导准感性通孔滤波器充分利用了这一特性，并用一圈金属通孔形成准感性通孔结构，以控制基片集成波导谐振腔之间的耦合，从而实现了基片集成波导准感性通孔滤波器的性能。
1：)提出了一种基片集成波导准感性通孔滤波器，品质因数高、体积小、重量轻、容易加工、造价低和方便集成；
2：)相对于已有的基片集成波导感性通孔滤波器，克服了制作工艺对感性通孔直径的限制；
3：)整个基片集成波导准感性通孔滤波器完全由介质基片上的金属通孔阵列所实现。
Claims (3)
1.一种基片集成波导准感性通孔滤波器，其特征在于该滤波器包括金属贴片(1)、介质基片(2)、金属通孔(3)；金属贴片(1)设置在介质基片(2)上，作为滤波器主体的金属贴片(1)的中部为矩形，两头对称为“漏斗”形的端口，在金属贴片(1)中部的矩形两侧沿边线分别设有两排金属通孔，在该两排金属通孔之间还设有一排由许多金属通孔组成的圆环即第一准感性通孔结构、第二准感性通孔结构、第三准感性通孔结构、第四准感性通孔结构、第五准感性通孔结构、第六准感性通孔结构，沿输入端(4)、输出端(5)的方向排列。
2.根据权利要求1所述的基片集成波导准感性通孔滤波器，其特征在于金属通孔(3)的孔径D＝0.2～0.8mm，各相邻金属通孔(3)之间的孔距S＝0.8～1.2mm。
3.根据权利要求1所述的基片集成波导准感性通孔滤波器，其特征在于金属贴片(1)上输入端(4)、输出端(5)处的微带线宽度w＝1～2mm；金属贴片(1)的两头对称为“漏斗”形端口的阻抗变换器宽度tw＝6.3～6.9mm，阻抗变换器长度t1＝13～15mm；第一准感性通孔结构直径D1＝1～2mm、第二准感性通孔结构直径D2＝0.7～0.9mm、第三准感性通孔结构直径D3＝2.6～2.8mm、第四准感性通孔结构直径D4＝2.8～3mm、第五准感性通孔结构直径D5＝2.6～2.8mm、第六准感性通孔结构直径D6＝0.7～0.9mm；第一谐振腔长度L1＝12～12.4mm、第二谐振腔长度L2＝13.8～14.4.mm、第三谐振腔长度L3＝14.07～14.67mm、第四谐振腔长度L4＝13.8～14.4mm、第五谐振腔长度L5＝12～12.4mm、基片集成波导宽度Wsiw＝15.4～16.4mm；其中，第一准感性通孔结构与第二准感性通孔结构的中心之间的部分是第一谐振腔，第二准感性通孔结构与第三准感性通孔结构中心之间的部分是第二谐振腔，第三准感性通孔结构与第四准感性通孔结构中心之间的部分是第三谐振腔，第四准感性通孔结构与第五准感性通孔结构中心之间的部分是第四谐振腔，第五准感性通孔结构与第六准感性通孔结构中心之间的部分是第五谐振腔。
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