CN102800908A

CN102800908A - 双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器

Info

Publication number: CN102800908A
Application number: CN2012102649402A
Authority: CN
Inventors: 徐自强; 徐从玉; 徐美娟; 夏红; 廖家轩; 尉旭波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明涉及双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器，包括介质基片、第一金属层、第二金属层和金属化通孔阵列，第一金属层和第二金属层分别贴附于介质基片的上下表面，金属化通孔阵列贯穿介质基片、第一金属层和第二金属层并围成腔体，在所述腔体中心下部相对的两端具有两处开口，所述开口处分别向腔体外引出呈共面微带传输线状的两组电流探针，所述两组电流探针作为滤波器的第一输入输出端和第二输入输出端，所述第一输入输出端和第二输入输出端偏离腔体中心一定距离用以产生耦合的双模，在第一输入输出端和第二输入输出端之间的中间位置，设置有设有叉指结构，所述叉指结构采用S形结构。本发明的有益效果：有效的提高了滤波器的带外选择性。

Description

双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，具体涉及一种双模基片集成波导混合耦合滤波器。

背景技术

微波滤波器是通信系统和无线系统中常用的元器件之一，其性能的优劣直接影响到整个系统的质量。传统的金属波导滤波器具有Q值高、损耗低、选择性好等优点，但其体积大、成本高、加工难度大，且与有源电路难以集成。基片集成波导技术是近些年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射等特性的新型波导结构，基片集成波导滤波器不但具有传统金属波导滤波器近似的性能，而且具有体积小、重量轻、易于集成等优点。近年来，随着通信技术的迅猛发展，导致频谱资源越来越紧张，因而对滤波器的各项性能尤其是带外选择特性和体积提出了更高的要求。实现滤波器高选择性的常用方法是增加滤波器的级数，从而产生更多的传输零点以增加阻带的陡峭度，提高带外选择性。但该方法会导致滤波器体积增大，同时损耗也随之变高，直接影响了系统整体的选择性、噪声系数、增益和灵敏度等指标。

传统的单腔双模滤波器，只能产生一个传输零点，如需提高滤波器带外选择特性，只能通过级联谐振腔的形式来产生更多的传输零点，这样同样会增加了滤波器的损耗、体积和重量，影响了系统的噪声系数、增益和灵敏度等整体指标。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的单腔双模滤波器只能产生一个传输零点从而造成带外选择特性不高的问题，提出了双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器。

本发明的技术方案：双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器，包括介质基片、第一金属层、第二金属层和金属化通孔阵列，所述第一金属层和第二金属层分别贴附于介质基片的上下表面，金属化通孔阵列贯穿介质基片、第一金属层和第二金属层并围成腔体，在所述腔体中心下部相对的两端具有两处开口，所述开口处分别向腔体外引出呈共面微带传输线状的两组电流探针，所述两组电流探针作为滤波器的第一输入输出端和第二输入输出端，所述第一输入输出端和第二输入输出端偏离腔体中心一定距离用以产生耦合的双模，在第一输入输出端和第二输入输出端之间的中间位置，设置有设有叉指结构，所述叉指结构采用S形结构。

本发明的优点和有益效果：相对于传统双模基片集成波导滤波器，本发明的技术方案具有以下优点：

1.本发明具有带外选择性高的优点，本发明的腔体双模模式下，引入S形的叉指结构，激发源负载之间产生混合耦合，有效的增加两条信号传输路径，使本发明可获得三个传输零点，有效的提高了滤波器的带外选择性。

2.本发明具有零点的位置灵活调整的特点。通过控制源负载混合耦合部分，即输入/输出端的位置以及叉指结构的尺寸，可以根据需求，灵活调整三个零点的位置，更适合实际微波电路应用的要求。

3.本发明具有体积小、损耗低的优点。本发明仅使用一个谐振腔体，利用混合交叉耦合及双模耦合理论，就能实现与传统基片集成波导滤波器级级联才能产生的选择性，因而在体积、损耗方面，相比于传统的基片集成波导滤波器更具优势。

4.本发明具有可级联性，即可与传统的印制板工艺兼容，也可利用低温共烧陶瓷工艺的三维特性，实现多级腔体的三维级联。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图。

图2为本发明的侧面结构示意图。

图3为本发明的平面结构的几何参数示意图。

图4为本发明的一个实施例的传输特性图。

附图标记说明：介质基片11、

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：

如图1和图2所示，双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器，包括介质基片11、第一金属层41、第二金属层42和金属化通孔阵列51，所述第一金属层41和第二金属层42分别贴附于介质基片11的上下表面，金属化通孔阵列51贯穿介质基片11、第一金属层41和第二金属层42并围成腔体5，在所述腔体5中心下部相对的两端具有两处开口（本发明中腔体中金属化通孔阵列不连贯的地方被视为开口），所述开口处分别向腔体5外引出呈共面微带传输线状的两组电流探针32，所述两组电流探针32作为滤波器的第一输入输出端21和第二输入输出端22，所述第一输入输出端21和第二输入输出端22偏离腔体5中心一定距离用以产生耦合的双模，在第一输入输出端21和第二输入输出端22之间的中间位置，设置有设有叉指结构31，所述叉指结构31采用S形结构，引入源/负载间的电耦合路径和磁耦合路径（所谓的源/负载混合耦合），有效增加滤波器的电磁能量传输通道。

上述第一输入输出端21和第二输入输出端22呈匹配关系，当其中一端作为输入端时，另一端作为输出端，反之亦然。

本发明的原理是：本发明的谐振腔（腔体5）工作于TE₁₀₂和TE₂₀₁两个模式，电磁信号经第一输入输出端21进入本发明滤波器后，将形成四条传输路径，一是由第一输入输出端21经第一个模式TE₁₀₂到第二输入输出端22，二是由第一输入输出端21经第二个模式TE₂₀₁到第二输入输出端22，三是第一输入输出端21与第二输入输出端22之间的源/负载耦合，四是由第一输入输出端21经S形叉指结构31引入的混合电、磁耦合路径到第二输入输出端22。四条信号传输路径在特定频率区间内，信号的相位相反，相互抵消形成阻带，而在幅度相等的频率处，将会产生传输零点，本发明四条传输路径最多可以产生三个传输零点。

为了进一步的说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体实施例：本发明以中心频率为10GHz的双模基片集成波导源负载混合耦合滤波器为具体的实施案例，并测试了整体性能。如图3所示的本发明的实施例结构尺寸示意图，本实施例所用介质基板的相对介电常数ε_r=5.9，厚度为0.4mm；所采用金属化通孔阵列的通孔直径VR为0.17mm，通孔间距VS为0.5mm，具体的几何参数为共面波导输入/输出端的宽度W10=0.6mm，共面波导输入/输出端（第一输入输出端21和第二输入输出端22）的长度L10=3.7mm，电流探针的宽度W11=0.3mm，电流探针的长度L11=1.5mm，S形叉指结构的宽度W21=1.4mm，S形叉指结构的长度L21=3.7mm，腔体结构的宽度Width=13.4mm，腔体结构的长度Length=13.6mm。

根据上述具体尺寸，按照本发明的基本技术方案形成一具有具体尺寸的滤波器，上述具体尺寸的设定不应被理解为对本发明方案的保护范围的限制。

对上述具体实施例结构的滤波器进行测试，测试仪器为安捷伦公司的E8363B矢量网络分析仪，如图4所示的本实施例的传输特性图，图中实线为测试结果，虚线为仿真结果。该滤波器的中心频率为10GHz，带内最小插入损耗为1.85dB，三个传输零点的位置分别位于8.45GHz，9.60GHz和11.08GHz。可以发现，测试结果和仿真结果基本吻合，主要差别在于带外三个传输零点和带内极点略微偏移，这应该是由于加工精度误差造成的。该双模基片集成波导源负载混合耦合滤波器具有很好的带外选择性，非常适用与对选择性及集成度要求很高的微波技术领域

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，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.双模基片集成波导源/负载混合耦合滤波器，包括介质基片（11）、第一金属层（41）、第二金属层（42）和金属化通孔阵列（51），所述第一金属层（41）和第二金属层（42）分别贴附于介质基片（11）的上下表面，金属化通孔阵列（51）贯穿介质基片（11）、第一金属层（41）和第二金属层（42）并围成腔体（5），在所述腔体（5）中心下部相对的两端具有两处开口，所述开口处分别向腔体（5）外引出呈共面微带传输线状的两组电流探针（32），所述两组电流探针（32）作为滤波器的第一输入输出端（21）和第二输入输出端（22），所述第一输入输出端（21）和第二输入输出端（22）偏离腔体（5）中心一定距离用以产生耦合的双模，在第一输入输出端（21）和第二输入输出端（22）之间的中间位置，设置有设有叉指结构（31），所述叉指结构（31）采用S形结构。