CN102723543B - 六边形谐振腔基片集成波导滤波器 - Google Patents
六边形谐振腔基片集成波导滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及六边形谐振腔基片集成波导滤波器，包含了介质基片及分别位于介质基片上表面和下表面的上表面金属铜和下表面金属铜；所述金属化通孔阵列后形成依次连接的呈正六边形的第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔；所述第一六边形谐振腔与第三六边形谐振腔以第二六边形谐振腔的中心轴镜像对称但不相邻；第一六边形谐振腔的右上侧边与第二六边形谐振腔的左下侧边重合并设有第一感性耦合窗；第二六边形谐振腔的右下侧边与第三六边形谐振腔的左上侧边重合并设有第二感性耦合窗；在第一六边形谐振腔的左下侧边设有共面波导输入端，在第三六边形谐振腔的右下侧边设有共面波导输出端。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波滤波器领域，具体涉及基片集成波导滤波器。
背景技术
滤波器是微波电路中的基本单元电路，其性能好坏直接影响到整个系统的性能。传统的滤波器一般分为平面微带/带线结构滤波器和金属波导结构滤波器。平面微带/带线结构滤波器虽然易于集成，但占用面积大，损耗大，Q值低。金属波导结构滤波器虽然具有插损小，品质因素高，选择性好等特点，但是体积大、加工调试麻烦，且不利于与有源电路基板集成。
基于基片集成波导技术的滤波器在保留了金属波导结构滤波器Q值高、选择性好的特点的同时，还兼具了平面微带/带线结构滤波器的体积小、重量轻、成本低、易于加工与集成的优势，在近几年受到了广泛的关注。传统的基片集成波导滤波器结构的设计基本都基于矩形谐振腔及圆形谐振腔。两者比较而言，矩形谐振腔结构灵活，易于设计，但Q值相对不高，圆形谐振腔Q值高，但在结构设计上却不够灵活。
发明内容
本发明的目的是为了兼具了矩形谐振腔的结构灵活和圆形谐振腔Q值高的优点，提出了六边形谐振腔基片集成波导滤波器。
本发明的技术方案是：六边形谐振腔基片集成波导滤波器，所述滤波器包含了介质基片及分别位于介质基片上表面和下表面的上表面金属铜和下表面金属铜；所述金属化通孔贯穿介质基片和上表面金属铜、下表面金属铜导通，所述金属化通孔阵列后形成依次连接的呈正六边形的第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔；所述第一六边形谐振腔与第三六边形谐振腔以第二六边形谐振腔的中心轴镜像对称但不相邻；第一六边形谐振腔的右上侧边与第二六边形谐振腔的左下侧边重合并设有第一感性耦合窗；第二六边形谐振腔的右下侧边与第三六边形谐振腔的左上侧边重合并设有第二感性耦合窗；在第一六边形谐振腔的左下侧边设有共面波导输入端，在第三六边形谐振腔的右下侧边设有共面波导输出端。
本发明的另一技术方案是：六边形谐振腔基片集成波导滤波器，所述滤波器包含了介质基片及分别位于介质基片上表面和下表面的上表面金属铜和下表面金属铜；所述金属化通孔贯穿介质基片和上表面金属铜、下表面金属铜导通，所述金属化通孔阵列后形成的呈正六边形的依次连接的呈正六边形的第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔；所述第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔以共顶点方式进行均匀排列；第一六边形谐振腔的右上侧边与第二六边形谐振腔的左下侧边重合并设有第一耦合窗，第二六边形谐振腔的右下侧边与第三六边形谐振腔的左上侧边重合并设有第二耦合窗，第一六边形谐振腔右侧边与第三六边形谐振腔左侧边重合并设有第三耦合窗；在第一六边形谐振腔的左侧设有共面波导输入端，在第三六边形谐振腔的右侧边设有共面波导输出端。
本发明的有益效果是：1.六边形谐振腔几何结构特殊，在一个圆周角范围内，可同时容纳三个两两之间相互耦合的六边形谐振腔。2.六边形谐振腔近似圆形腔的谐振特性，比矩形腔具有更高的无载品质因数，因此该滤波器与传统的矩形腔基片集成波导滤波器相比，具有更小的插损。3.六边形谐振腔的任何一边都可用于耦合，比传统的圆腔基片集成波导滤波器具有更好的灵活性。既可以用于窄带滤波器的设计，也可用于宽带滤波器的设计。4.通过控制六边形谐振腔的耦合位置，可以在引入相邻谐振腔之间耦合的同时在非相邻谐振腔之间引入交叉耦合。通过控制交叉耦合可以在通带的任意一边实现非对称频率响应来实现高选择性。
附图说明
图1a是本发明单个的六边形谐振腔的平面结构示意图。
图1b是本发明单个的六边形谐振腔的截面结构示意图。
图2是本发明实施例1的结构示意图。
图3是本发明实施例2的结构示意图。
图4是本发明实施例1的传输特性示意图。
图5是本发明实施例2的传输特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：如图1a、图1b和图2所示，六边形谐振腔基片集成波导滤波器，所述滤波器包含了介质基片1及分别位于介质基片1上表面和下表面的上表面金属铜21和下表面金属铜22；所述金属化3通孔贯穿介质基片1和上表面金属铜21、下表面金属铜22导通，所述金属化3阵列后形成依次连接的呈正六边形的第一六边形谐振腔51、第二六边形谐振腔52和第三六边形谐振腔53；所述第一六边形谐振腔51与第三六边形谐振腔53以第二六边形谐振腔52的中心轴8镜像对称但不相邻；第一六边形谐振腔51的右上侧边与第二六边形谐振腔52的左下侧边重合并设有第一感性耦合窗61；第二六边形谐振腔52的右下侧边与第三六边形谐振腔53的左上侧边重合并设有第二感性耦合窗62；在第一六边形谐振腔51的左下侧边设有共面波导输入端71，在第三六边形谐振腔53的右下侧边设有共面波导输出端72。
本实施例中，选用的介质基片相对介电常数为3.0，厚度0.75mm；图2中各几何参数分别为：L1=7.49mm,Ls1=3.53mm,Ws1=4.46mm Wm1=1.7mm,W0=1mm。
本实施例中，滤波器的传输特性如图4所示，其中虚线为仿真结果，实线为测试结果。从图中可以看到，仿真结果与测试结果吻合得很好。滤波器的测试带宽为2.92%，通带内最小插入损耗为1.91dB，这主要是由导体及介质损耗等引起的。
实施例2：如图1a、图1b和图3所示，六边形谐振腔基片集成波导滤波器，所述滤波器包含了介质基片1及分别位于介质基片1上表面和下表面的上表面金属铜21和下表面金属铜22；所述金属化3通孔贯穿介质基片1和上表面金属铜21、下表面金属铜22导通，所述金属化3阵列后形成依次连接的呈正六边形的第一六边形谐振腔51、第二六边形谐振腔52和第三六边形谐振腔53；所述第一六边形谐振腔51、第二六边形谐振腔52和第三六边形谐振腔53以共顶点方式进行均匀排列；第一六边形谐振腔51的右上侧边与第二六边形谐振腔52的左下侧边重合并设有第一耦合窗61，第二六边形谐振腔52的右下侧边与第三六边形谐振腔53的左上侧边重合并设有第二耦合窗62，第一六边形谐振腔51右侧边与第三六边形谐振腔53左侧边重合并设有第三耦合窗；在第一六边形谐振腔51的左侧设有共面波导输入端71，在第三六边形谐振腔53的右侧边设有共面波导输出端72。
本实施例中选用的介质基片相对介电常数为3.0，厚度0.75mm。图3中各几何参数分别为：L2=7.52mm,Ls2=5.83mm,Ws2=4.86mm,Ws3=3.62mm,Wm2=1.5mm,W0=1mm。
本实施例中，通过引入和控制交叉耦合，可以在通带的任意一边实现非对称频率响应来实现高选择性。滤波器的传输特性如图5所示，其中虚线为仿真结果，实线为测试结果。从图中可以看到，测试带宽为5.86%，通带内最小插入损耗为1.79dB。仿真结果与测试结果也吻合得很好。通过调节耦合窗的大小，可以很方便地调节滤波器的带宽。
特别是图1中的示意图也展示了六边形谐振器腔的基模电场分布图。其电场分布类似于圆形谐振腔，因此可用传统圆形谐振腔的计算公式来确定和修正六边形谐振腔原始直径。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.六边形谐振腔基片集成波导滤波器，所述滤波器包含了介质基片及分别位于介质基片上表面和下表面的上表面金属铜和下表面金属铜；所述金属化通孔贯穿介质基片和上表面金属铜、下表面金属铜导通，其特征在于，所述金属化通孔阵列后形成依次连接的第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔；所述第一六边形谐振腔与第三六边形谐振腔以第二六边形谐振腔的中心轴镜像对称但不相邻；第一六边形谐振腔的右上侧边与第二六边形谐振腔的左下侧边重合并在重合边处设有第一感性耦合窗；第二六边形谐振腔的右下侧边与第三六边形谐振腔的左上侧边重合并在重合边处设有第二感性耦合窗；在第一六边形谐振腔的左下侧边设有共面波导输入端，在第三六边形谐振腔的右下侧边设有共面波导输出端。
2.六边形谐振腔基片集成波导滤波器，所述滤波器包含了介质基片及分别位于介质基片上表面和下表面的上表面金属铜和下表面金属铜；所述金属化通孔贯穿介质基片和上表面金属铜、下表面金属铜导通，其特征在于，所述金属化通孔阵列后形成依次连接的呈正六边形的第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔；所述第一六边形谐振腔、第二六边形谐振腔和第三六边形谐振腔以共顶点方式进行均匀排列；第一六边形谐振腔的右上侧边与第二六边形谐振腔的左下侧边重合并在重合边处设有第一耦合窗，第二六边形谐振腔的右下侧边与第三六边形谐振腔的左上侧边重合并在重合边处设有第二耦合窗，第一六边形谐振腔右侧边与第三六边形谐振腔左侧边重合并在重合边处设有第三耦合窗；在第一六边形谐振腔的左侧设有共面波导输入端，在第三六边形谐振腔的右侧边设有共面波导输出端。
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