CN103474725B - 毫米波宽带带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于25～50GHz频段的基于基片集成波导的毫米波宽带带通滤波器，包括串联在一起的高通滤波器、低通滤波器和位于二者之间的级联匹配电路，所述高通滤波器的截止频率低于低通滤波器的截止频率，高通滤波器由基片集成波导（1）构成，低通滤波器由紧凑微带谐振单元（2）构成，级联匹配电路为两节匹配电路（3）。本发明的毫米波宽带带通滤波器运用基片集成波导并通过滤波器级联法实现滤波功能，结构简单、直观，且为平面结构、体积小、加工方便且便于集成其他电路。

Description

毫米波宽带带通滤波器
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，具体涉及一种适用于25～50GHz频段的基于基片集成波导的毫米波宽带带通滤波器，该装置在毫米波无线通信、电路小型化的方面有比较高的应用价值。
背景技术
毫米波是30GHz到300GHz的广大频率范围。与光波相比，毫米波利用大气窗口（毫米波与亚毫米波在大气中传播时，由于气体分子谐振吸收的某些衰减为极小值的频率）传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小，具有极宽的带宽，还具有波束宰，受气候影响小和相应的器件尺寸小等优点。
随着无线通信技术的高速发展，宽带技术以其高传输率、高安全性、低损耗以及抗干扰能力强等特点，越来越受到关注，而作为宽带技术的关键部件，宽带滤波器的性能直接影响整个系统的质量。
滤波器是一个二端口网络，它通过在滤波器通带频率内提供信号传输并在阻带内提供衰减来选择系统中某处的频率响应。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性，滤波器实际上已广泛应用于各种类型的通信、雷达测试或测量系统中，但目前的宽带滤波器一般是三维立体结构，结构复杂、加工和装配难度较大且带宽较窄。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种体积小、便于集成其他电路且为平面结构的毫米波宽带带通滤波器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种毫米波宽带带通滤波器，包括串联在一起的高通滤波器、低通滤波器和位于二者之间的级联匹配电路，所述高通滤波器的截止频率低于低通滤波器的截止频率，其特征在于：所述高通滤波器由基片集成波导构成，所述低通滤波器由紧凑微带谐振单元构成，所述级联匹配电路为两节匹配电路。
进一步地，所述两节匹配电路第一节的两个角均为半径为0.5mm圆角。
进一步地，所述基片集成波导包括基片、设置于基片上下表面的敷铜面和贯穿基片并与基片上下表面的敷铜面相连的金属化通孔，所述金属化通孔分为两排，且两排金属化通孔沿基片的中心线对称分布于基片两条长边的边缘。
进一步地，所述紧凑微带谐振单元和两节匹配电路与基片集成波导共用一个基片且所述紧凑微带谐振单元和两节匹配电路均位于基片的上表面。
进一步地，所述基片为复合介质基片。
进一步地，所述敷铜面和两节匹配电路的厚度均为16.5～17.5μm。
进一步地，所述两节匹配电路和紧凑微带谐振单元的材质均为铜。
进一步地，所述高通滤波器由若干个串联在一起的基片集成波导构成。
进一步地，所述低通滤波器由两阶紧凑微带谐振单元或者两阶以上紧凑微带谐振单元构成。
进一步地，所述基片集成波导可用半模基片集成波导替换。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明所述毫米波宽带带通滤波器所采用得基片集成波导是一种新型的波导结构，具有传统矩形波导低损耗、高Q值等特点，且其电路结构在一个平面内，具有可高密度集成微波毫米波电路及其子系统的优势，因此，本发明的毫米波宽带带通滤波器为平面结构、体积小、加工方便且便于集成其他电路；
（2）本发明所述毫米波宽带带通滤波器采用尺寸小、滤波特性好的紧凑谐振单元作为低通滤波器部分，进一步减小了滤波器的体积；
（3）本发明所述毫米波宽带带通滤波器采用滤波器级联法，即通过高通滤波器和低通滤波器级联的方法实现滤波器的带通特性，结构简单、直观，实现滤波器的宽带特性；
（4）本发明所述毫米波宽带带通滤波器采用价格低廉，易于加工的复合介质基片以进一步降低加工成本并缩短加工周期；
（5）本发明所述毫米波宽带带通滤波器的两节匹配电路第一节的两个角均设为半径为0.5mm圆角，防止了直角造成的高频散射效应，减小了所述毫米波宽带带通滤波器的插入损耗；
（6）本发明所述毫米波宽带带通滤波器可通过增加基片集成波导的串接数目和增加紧凑微带谐振单元的阶数使带外抑制更优，改善带通滤波器的选择特性；
（7）本发明所述毫米波宽带带通滤波器的高通滤波器部分可用半模基片集成波导替换基片集成波导，以进一减小步毫米波宽带带通滤波器的体积，提高性能，
附图说明
图1为本发明的毫米波宽带带通滤波器的俯视图；
图2为沿图1中A-A线的剖视图；
图3为沿图1中B-B线的剖视图；
图4为本发明实施例中的毫米波宽带带通滤波器的仿真结果图；
图5为本发明实施例中的毫米波宽带带通滤波器的仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例中的毫米波宽带带通滤波器通过滤波器级联方法来实现，包括串联在一起的高通滤波器、低通滤波器和位于二者之间的级联匹配电路，高通滤波器的截止频率低于低通滤波器的截止频率。如图1所示，高通滤波器由基片集成波导1构成，低通滤波器由紧凑微带谐振单元2构成，基片集成波导1和紧凑微带谐振单元2之间采用两节匹配电路3作为级联匹配电路，考虑到匹配电路的直角过渡可能带来高频散射效应，影响本实施例中的毫米波宽带带通滤波器的插入损耗，将两节匹配电路3第一节31的直角部分设置为半径为0.5mm的圆角。
如图1、2、3所示，本实施例中的基片集成波导1包括基片11、设置于基片11上下表面的敷铜面12和贯穿基片11并与基片11上下表面的敷铜面12相连的金属化通孔13，所述金属化通孔13分为两排，且两排金属化通孔13沿基片11的中心线对称分布于基片11两条长边的边缘。
本实施例采用的基片集成波导1是一种新型的波导结构，具有传统矩形波导低损耗、高Q值等特点，且其电路结构在一个平面内，具有可高密度集成微波毫米波电路及其子系统的优势，因此，本实施例中的毫米波宽带带通滤波器为平面结构，具有体积小、加工方便、便于集成其他电路等特点。
为了最大限度的减小滤波器体积，如图1所示，本实施例中的低通滤波器，即紧凑微带谐振单元2可以采用两阶形式的紧凑微带谐振单元，紧凑微带谐振单元2和两节匹配电路3与基片集成波导1共用一个基片11且所述紧凑微带谐振单元2和两节匹配电路3均位于基片11的上表面。
为了降低加工成本，缩短加工时间，本实施例中的基片11可以为复合介质基片中的Rogers5880介质基片。
本实施例中的敷铜面12和两节匹配电路3的厚度均为16.5～17.5μm。
本实施例中的敷铜面12和两节匹配电路3的材质均为铜。
为了使带外抑制更优，改善毫米波宽带带通滤波器的选择特性，本实施例中的高通滤波器可以由若干个串联在一起的基片集成波导1构成，低通滤波器可以由三阶或者更高阶数的紧凑微带谐振单元2构成。
为了进一步地减小本实施例中的毫米波宽带带通滤波器的体积，且不影响毫米波宽带带通滤波器的高通特性的情况下，可用半模基片集成波导替换本实施例中的基片集成波导1。
本实施例中的毫米波宽带带通滤波器选取带宽为25～52GHz，由基片集成波导1构成的高通滤波器的截止频率在20GHz附近，由紧凑微带谐振单元2构成的低通滤波器的截止频率在60GHz附近，理想情况下，得到的宽带带通滤波器通带范围为20～60GHz，图4、图5为本实施例中的毫米波宽带带通滤波器的仿真结果，其中，S11代表宽带带通滤波器的反射系数，反应宽带带通滤波器的回波损耗，S21代表宽带带通滤波器的传输系数，反应宽带带通滤波器的插入损耗，可以看出在25～52GHz的频率范围内，回波损耗优于24dB，插入损耗优于0.86dB，覆盖整个Ka波段及V波段低端。
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 (7)

1.一种毫米波宽带带通滤波器，包括串联在一起的高通滤波器、低通滤波器和位于二者之间的级联匹配电路，所述高通滤波器的截止频率低于低通滤波器的截止频率，其特征在于：所述高通滤波器由基片集成波导(1)构成，所述低通滤波器由紧凑微带谐振单元(2)构成，所述级联匹配电路为两节匹配电路(3)；
所述高通滤波器由若干个串联在一起的基片集成波导(1)构成；
所述基片集成波导(1)包括基片(11)、设置于基片(11)上下表面的敷铜面(12)和贯穿基片(11)并与基片(11)上下表面的敷铜面(12)相连的金属化通孔(13)，所述金属化通孔(13)分为两排，且两排金属化通孔(13)沿基片(11)的中心线对称分布于基片(11)两条长边的边缘；
所述紧凑微带谐振单元(2)和两节匹配电路(3)与基片集成波导(1)共用一个基片(11)且所述紧凑微带谐振单元(2)和两节匹配电路(3)均位于基片(11)的上表面。
2.根据权利要求1所述的毫米波宽带带通滤波器，其特征在于：所述两节匹配电路(3)第一节(31)的两个角均为半径为0.5mm圆角。
3.根据权利要求1所述的毫米波宽带带通滤波器，其特征在于：所述基片(11)为复合介质基片。
4.根据权利要求1或3所述的毫米波宽带带通滤波器，其特征在于：所述敷铜面(12)和两节匹配电路(3)的厚度均为16.5～17.5μm。
5.根据权利要求1所述的毫米波宽带带通滤波器，其特征在于：所述两节匹配电路(3)和紧凑微带谐振单元(2)的材质均为铜。
6.根据权利要求1所述的毫米波宽带带通滤波器，其特征在于：所述低通滤波器由两阶紧凑微带谐振单元(2)或者两阶以上紧凑微带谐振单元(2)构成。
7.根据权利要求1所述的毫米波宽带带通滤波器，其特征在于：用半模基片集成波导替换所述基片集成波导(1)。
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