CN102354781A

CN102354781A - 一种准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器

Info

Publication number: CN102354781A
Application number: CN2011102266608A
Authority: CN
Inventors: 陈良; 苏力晟; 汪晓光; 邓龙江
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-02-15

Abstract

一种准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器，属于微波器件技术领域。包括相互重叠的两个平面集成波导，每个平面集成波导采用金属化通孔形成的耦合缝分成四个腔体，从信号输入输出端往里依次为：信号输入输出腔、第一耦合腔、第二耦合腔和第三耦合腔；位于两个第三耦合腔窄边电壁处具有第一耦合窗口(6)，位于两个第二耦合腔中间位置具有第二耦合窗口(7)，位于两个第一耦合腔宽边附近具有两个第三耦合窗口(8)。本发明具有平面集成波导高功率容量、高Q值、低损耗、加工简单、体积小、集成度高的特点；在两个平面集成波导腔体之间利用不同形式的交叉耦合，得到了具有多个传输零点的滤波特性。

Description

一种准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，涉及平面集成波导带通滤波器。

背景技术

滤波器是微波电路中一个非常重要的器件，在频谱资源日益紧张和电磁干扰越来越严重的情况下，对滤波器的性能和成本提出了更高的要求。理想的滤波器特性应当是在通带内无衰减，而在禁带内有尽可能大的衰减。传统的选频器件，比如：Butterworth最平坦滤波器和Chebyshe切比雪夫滤波器只有通过增加滤波器的阶数来提高选频特性，以满足要求，这种方式生产出来的滤波器的重量和体积都非常大，无法满足现代通信小型化的要求。而椭圆函数滤波器虽然具有良好的选择性，但实现起来比较困难。研究人员在椭圆函数滤波器的传输函数基础上，发展出了准椭圆函数滤波器，提出了采用准椭圆函数逼近的思想以降低实现难度。这种滤波函数特性介于切比雪夫和椭圆函数之间，同样阶数的情况下，比前者斜率更陡峭，比后者更便于实现。这种具有带外有限个传输零点的滤波器，常常采用谐振腔交叉耦合的形式实现。

基于金属波导的滤波器通常具有高Q值、低损耗、选择性较好、功率容量大等优点，但其加工精度要求高、成本高、体积大、与有源电路较难集成。而基于微带线、共面线等平面电路技术的滤波器虽易与有源电路集成，但通常存在较大的辐射、损耗大、Q值低、性能较差。基片集成波导技术具有平面电路的易集成、制作方便等优点，又具有与金属波导滤波器近似的优良性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器，该滤波器具有平面集成波导的结构特点，体积小、集成度高；同时在工作频带内具有较低的插入损耗和驻波、带外抑制度高的特点。

本发明技术方案如下：

一种准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器，如图1所示，包括相互重叠的第一介质层2和第二介质层4，两层介质层之间具有第二金属层3，第一介质层2上表面具有第一金属层1，第二介质层4下表面具有第三金属层5；沿器件长边的两边边缘具有两排连接三层金属层的金属化通孔形成的电壁，使得第一金属层1、第一介质层2和第二金属层3形成第一平面集成波导，同时使得第二金属层3、第二介质层4和第三金属层5形成第二平面集成波导；器件的一个窄边边缘具有一排连接三层金属层的金属化通孔形成的电壁，另一个窄边开放；第一、二平面集成波导中具有三列连接三层金属层的金属化通孔；每列连接三层金属层的金属化通孔分别与上、下电壁相连，中间具有一定间距，形成耦合缝；三条耦合缝相互平行，分别将第一、二平面集成波导分成四个腔体，从信号输入输出端往里依次为：信号输入输出腔、第一耦合腔、第二耦合腔和第三耦合腔；第二金属层3中(如图3所示)开有如下矩形耦合窗口：位于第一、二平面集成波导中第三耦合腔窄边电壁处的第一耦合窗口6，位于第一、二平面集成波导中第二耦合腔中间位置的第二耦合窗口7，位于第一、二平面集成波导中第一耦合腔宽边附近的两个第三耦合窗口8。

本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器具有上下对称特点，输入信号从任一个端口输入，顺序经过其中一个平面集成波导的信号输入输出腔、第一耦合腔、第二耦合腔和第三耦合腔，在经另一个平面集成波导的第三耦合腔、第二耦合腔、第一耦合腔和信号输入输出腔输出。其中，信号从一个平面集成波导的第三耦合腔到另一个平面集成波导的第三耦合腔是通过第一耦合窗口6进行耦合传输，两个平面集成波导的第二耦合腔之间通过第二耦合窗口7进行交叉耦合，两个平面集成波导的第一耦合腔之间通过第三耦合窗口8进行交叉耦合，整个滤波器的滤波特性(插损)如图4所示。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器具有平面集成波导高功率容量、高Q值、低损耗、加工简单、体积小、集成度高的特点；在上下两层平面集成波导腔体之间利用不同形式的交叉耦合，得到了具有多个传输零点的滤波特性；能够在指定的频率范围内实现高性能的频率选择性，同时在禁带具有一定数目的传输零点。其频率选择性能远远好于相同阶数的切比雪夫滤波器和巴特沃思滤波器。

附图说明

图1是本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器的结构示意图。

图2是本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器中第一、三金属层结构示意图。

图3是本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器中第二金属层结构示意图。

图4是本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器的插入损耗图。

图5是本发明提供的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器的峰值功率2兆瓦的场强分布图。

具体实施方式

上述技术方案中，第一、二介质层采用介电常数为2.1的聚四氟乙烯，厚度为3mm；第一、三金属层厚为1.5mm，第二金属层厚3mm；所有金属化通孔直径2mm、相邻两个金属化通孔间距3.2mm；第一、二平面集成波导窄边宽51.19mm；第一、二平面集成波导中：第三耦合腔长36.78mm，第二耦合腔长38.79mm，第一耦合腔长29.36mm，第三、二耦合腔之间的耦合缝宽19.1mm，第二、一耦合腔之间的耦合缝宽22.9mm，第一耦合腔与信号输入输出腔之间的耦合缝宽31.7mm；第一耦合窗口6长19.76mm、宽3mm，第二耦合窗口7为边长11.99mm的正方形，两个第三耦合窗口8长5.31mm、宽5mm。

上述具体的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器，其插入损耗仿真结果如图4所示：通带插损小于0.45dB，带外抑制150MHz时大于30dB，通带为3.1GHz～3.4GHz。图5为该准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器的峰值功率2兆瓦的场强分布图，由图5可看出平面集成波导内最大的场强是1.1158*10⁷V/m(聚四氟乙烯的击穿场强3*10⁷V/m)。

Claims

1.一种准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器，包括相互重叠的第一介质层(2)和第二介质层(4)，两层介质层之间具有第二金属层(3)，第一介质层(2)上表面具有第一金属层(1)，第二介质层(4)下表面具有第三金属层(5)；沿器件长边的两边边缘具有两排连接三层金属层的金属化通孔形成的电壁，使得第一金属层(1)、第一介质层(2)和第二金属层(3)形成第一平面集成波导，同时使得第二金属层(3)、第二介质层(4)和第三金属层(5)形成第二平面集成波导；器件的一个窄边边缘具有一排连接三层金属层的金属化通孔形成的电壁，另一个窄边开放；第一、二平面集成波导中具有三列连接三层金属层的金属化通孔；每列连接三层金属层的金属化通孔分别与上、下电壁相连，中间具有一定间距，形成耦合缝；三条耦合缝相互平行，分别将第一、二平面集成波导分成四个腔体，从信号输入输出端往里依次为：信号输入输出腔、第一耦合腔、第二耦合腔和第三耦合腔；第二金属层(3)中开有如下矩形耦合窗口：位于第一、二平面集成波导中第三耦合腔窄边电壁处的第一耦合窗口(6)，位于第一、二平面集成波导中第二耦合腔中间位置的第二耦合窗口(7)，位于第一、二平面集成波导中第一耦合腔宽边附近的两个第三耦合窗口(8)。

2.根据权利要求1所述的准椭圆函数型平面集成波导带通滤波器，其特征在于，所述第一介质层(2)和第二介质层(4)材料为聚四氟乙烯。