CN103413998A - 单腔双模六边形基片集成波导滤波器 - Google Patents

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徐自强
张根
徐美娟
廖家轩
汪澎
尉旭波
杨邦朝
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Abstract

本发明公开了一种选择性高且损耗低、体积小的单腔双模六边形基片集成波导滤波器。该滤波器包括介质基板、上表面金属层、下表面金属层，所述介质基板上设置有贯穿于介质基板的金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列与上表面金属层、下表面金属层共同围成一个双模六边形谐振腔，在上表面金属层上设置有输入端与输出端，所述输入端、输出端的轴线与双模六边形谐振腔中心轴线相互平行且不重合，可以激发谐振腔的TM11左倾和右倾两个谐振模式，能够引入一个传输零点和两个极点，因此，无需增加滤波器的级数，便可以提高滤波器的带外选择性，同时，也减小了滤波器体积、降低了损耗，适合在微波毫米波技术领域推广应用。

Description

单腔双模六边形基片集成波导滤波器
技术领域
本发明涉及微波毫米波技术领域，具体涉及一种单腔双模六边形基片集成波导滤波器。
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系统和整机的质量。传统的滤波器一般分为平面微带或带线结构滤波器以及金属波导结构滤波器。基于平面微带或带线结构滤波器虽然易于与平面电路集成，但其损耗大，Q值低，特别是在高频领域，存在较大辐射，性能较差。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、加工复杂，且与平面有源电路难以集成。
基片集成波导技术是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，单腔双模六边形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，频谱资源日趋紧张，因而对滤波器的各项性能尤其是选择性和体积提出了更高要求。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及设计难度增大，同时损耗也会随之变高，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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种选择性高且损耗低、体积小的单腔双模六边形基片集成波导滤波器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该单腔双模六边形基片集成波导滤波器，包括介质基板以及设置在介质基板表面的上表面金属层、下表面金属层，所述介质基板上设置有贯穿于介质基板的金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列与上表面金属层、下表面金属层共同围成一个双模六边形谐振腔，在上表面金属层上设置两个共轴型共面波导电流探针结构形成滤波器的输入端与输出端，所述输入端与输出端对称的设置在双模六边形谐振腔的外侧，所述输入端、输出端的轴线与双模六边形谐振腔中心轴线相互平行且不重合。
进一步的是，所述输入端、输出端的轴线与双模六边形谐振腔中心轴线之间存在1.5mm～3mm的偏离距离。
进一步的是，所述输入端与输出端之间的距离为8mm～10mm。
进一步的是，在上表面金属层上背对设置两个L形槽形成所述的共轴型共面波导电流探针结构。
进一步的是，所述介质基板的介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
进一步的是，所述金属化通孔阵列的金属孔半径为0.3mm，相邻两个金属孔之间的间距为1.1mm。
本发明的有益效果：本发明单腔双模六边形基片集成波导滤波器的输入端、输出端的轴线与双模六边形谐振腔中心轴线相互平行且不重合，两者之间设置一定的偏离距离，可以激发双模六边形谐振腔的TM11左倾和右倾两个谐振模式，能够引入一个传输零点和两个极点，进一步调整共轴输入端和输出端之间的距离，传输零点的个数可以增加至两个，因此，无需增加单腔双模六边形基片集成波导滤波器的级数，便可以提高其带外选择性，而且可以根据需求设置偏离距离，灵活调整该传输零点的位置，更适合实际应用的要求，同时，由于不需要增加单腔双模六边形基片集成波导滤波器的级数，所以单腔双模六边形基片集成波导滤波器的体积小、损耗低，相比于传统形式的方腔或圆腔基片集成波导滤波器更具优势，而且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，加工工艺性能较好，另外，本发明采用双模六边形谐振腔，双模六边形谐振腔兼具双模矩形谐振腔设计灵活和双模圆形谐振腔高Q的优点，结构简单，性能好。
附图说明
图1是本发明单腔双模六边形基片集成波导滤波器的结构示意图；
图2是本发明单腔双模六边形基片集成波导滤波器的侧视图；
图3是本发明单腔双模六边形基片集成波导滤波器的几何尺寸示意图；
图4是本发明单腔双模六边形基片集成波导滤波器实施例与传统单腔滤波器的传输特性对比图；
图中标记说明：介质基板1、上表面金属层2、下表面金属层3、金属化通孔阵列4、双模六边形谐振腔5、输入端6、输出端7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，该单腔双模六边形基片集成波导滤波器，包括介质基板1以及设置在介质基板1表面的上表面金属层2、下表面金属层3，所述介质基板1上设置有贯穿于介质基板1的金属化通孔阵列4，所述金属化通孔阵列4与上表面金属层2、下表面金属层3共同围成一个双模六边形谐振腔5，在上表面金属层2上设置两个共轴型共面波导电流探针结构形成滤波器的输入端6与输出端7，所述输入端6与输出端7对称的设置在双模六边形谐振腔5的外侧，所述输入端6、输出端7的轴线与双模六边形谐振腔5中心轴线相互平行且不重合。本发明单腔双模六边形基片集成波导滤波器的输入端6、输出端7的轴线与双模六边形谐振腔5中心轴线相互平行且不重合，两者之间设置一定的偏离距离，可以激发双模六边形谐振腔5的TM11左倾和右倾两个谐振模式，能够引入一个传输零点和两个极点，因此，无需增加单腔双模六边形基片集成波导滤波器的级数，便可以提高其带外选择性，而且可以根据需求设置偏离距离，灵活调整该传输零点的位置，更适合实际应用的要求，同时，由于不需要增加单腔双模六边形基片集成波导滤波器的级数，所以单腔双模六边形基片集成波导滤波器的体积小、损耗低，相比于传统的单腔双模六边形基片集成波导滤波器更具优势，而且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，加工工艺性能较好，另外，本发明采用双模六边形谐振腔5，双模六边形谐振腔5兼具双模矩形谐振腔设计灵活和双模圆形谐振腔高Q的优点，结构简单，性能好。
在上述实施方式中，所述输入端6、输出端7的轴线与双模六边形谐振腔5中心轴线之间的偏离距离可以根据实际情况而定，通常情况下，作为优选的是：所述输入端6、输出端7的轴线与双模六边形谐振腔5中心轴线之间存在1.5mm～3mm的偏离距离。
由于本发明的输入端6和输出端7为共轴型共面波导电流探针结构，通过控制输入端6和输出端7之间的距离，可以激发源负载之间产生耦合，以增加信号传输的路径，从而再引入一个传输零点，进一步提高了滤波器的带外选择性，减小了单腔双模六边形基片集成波导滤波器的体积小、降低了损耗，另外，可以根据需求设置输入端6和输出端7之间的距离以及共轴型共面波导电流探针结构的尺寸，灵活调整该传输零点的位置，更适合实际应用的要求，一般优选的，所述输入端6与输出端7之间的距离为8mm～10mm。
另外，共轴型共面波导电流探针结构可以采用现有的各种结构实现，通常情况下，优选的，在上表面金属层2上背对设置两个L形槽形成所述的共轴型共面波导电流探针结构。
实施例
该实施例中单腔双模六边形基片集成波导滤波器的介质基板1为Rogers5880，其介电常数为2.2，厚度为0.508mm，所述金属化通孔阵列4的金属孔半径为0.3mm，相邻两个金属孔之间的间距为1.1mm，单腔双模六边形基片集成波导滤波器其它尺寸如图3所示，具体参数如下表所示：
符号 W Wi Ld Ls Wu Lu Wsl
参数(mm) 13.9 1.56 2.5 4.16 2.16 10 9.1
该单腔双模六边形基片集成波导滤波器的实施例与传统单腔滤波器的传输特性对比如图4所示，其中包括实施例的仿真结果和测试结果。可以看到，该单腔双模六边形基片集成波导滤波器共有两个传输零点、两个极点，滤波器的中心频率为10GHz，相对带宽3.9%，带内最小插入损耗为1.66dB，带内回波损耗优于17dB。通带低端的传输零点位于9.6GHz处，其抑制度为35.6dB；通带高端的零点位于10.75GHz处，其抑制度为42.5dB。结果显示，与传统的单腔方形或圆形基片集成波导滤波器相比，该单腔双模六边形基片集成波导滤波器只需单腔就能在带外实现很好的选择性，非常适用与对选择性及集成度要求很高的微波技术领域。

Claims (6)

1.单腔双模六边形基片集成波导滤波器，包括介质基板（1）以及设置在介质基板（1）表面的上表面金属层（2）、下表面金属层（3），所述介质基板（1）上设置有贯穿于介质基板（1）的金属化通孔阵列（4），所述金属化通孔阵列（4）与上表面金属层（2）、下表面金属层（3）共同围成一个双模六边形谐振腔（5），在上表面金属层（2）上设置两个共轴型共面波导电流探针结构形成滤波器的输入端（6）与输出端（7），所述输入端（6）与输出端（7）对称的设置在双模六边形谐振腔（5）的外侧，其特征在于：所述输入端（6）、输出端（7）的轴线与双模六边形谐振腔（5）中心轴线相互平行且不重合。
2.如权利要求1所述的单腔双模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述输入端（6）、输出端（7）的轴线与双模六边形谐振腔（5）中心轴线之间存在1.5mm～3mm的偏离距离。
3.如权利要求2所述的单腔双模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述输入端（6）与输出端（7）之间的距离为8mm～10mm。
4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的单腔双模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：在上表面金属层（2）上背对设置两个L形槽形成所述的共轴型共面波导电流探针结构。
5.如权利要求4所述的单腔双模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述介质基板（1）的介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
6.如权利要求5所述的单腔双模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述金属化通孔阵列（4）的金属孔半径为0.3mm，相邻两个金属孔之间的间距为1.1mm。
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