CN103531871A

CN103531871A - 一种基片集成波导差分带通滤波器

Info

Publication number: CN103531871A
Application number: CN201310524632.3A
Authority: CN
Inventors: 褚慧; 金晨; 陈建新; 施金; 唐慧; 周立衡; 包志华
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Jiangsu Bo Wo Automobile Electronic System Co ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103531871B

Abstract

本发明公开了一种基片集成波导差分带通滤波器，由第一双面微波介质基片和第二双面微波介质基片经半固化片粘合而成，第一双面微波介质基片中打入金属化通孔，形成第一谐振腔，第一谐振腔通过两条关于谐振腔中心对称的第一微带馈电线进行差分馈电；第二双面微波介质基片中同样打入金属化通孔，形成第二谐振腔，第二谐振腔通过两条关于谐振腔中心对称的第二微带馈电线进行差分馈电；两个谐振腔通过第一双面微波介质基片下表面上的一对耦合空槽与第二双面微波介质基片上表面的一对耦合空槽级联。在通带两侧分别产生一个带外零点，差模带外抑制性能以及共模抑制性能好。

Description

一种基片集成波导差分带通滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种基片集成波导差分带通滤波器。背景技术

对于组建一个高传输速率无线通信系统来说，差分电路显得十分重要。在通信系统中，相比于单端电路，差分电路对于环境噪声有着更好的免疫性，

因此对于差分系统来说，差分滤波器的设计显得十分必要。

在以往的基片集成波导差分滤波器设计当中，往往只注意对共模信号进行抑制，对差模带外抑制性能考虑较少，导致以往的基片集成波导差分滤波器的差模带外抑制性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基片集成波导差分带通滤波器，拥有新型多层耦合结构，能独立在带通滤波器的通带两侧各产生一个零点，并具有较好的共模抑制性能以及差模带外抑制性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：构造一种基片集成波导差分带通滤波器，包括第一双面微波介质基片、半固化片以及第二双面微波介质基片；所述第一双面微波介质基片中包括金属化通孔，所述第一双面微波介质基片的上层设置有第一金属层以及与所述第一金属层连接的两条第一微带馈电线，所述第一双面微波介质基片的下层设置有第二金属层，所述第二金属层上设置有耦合空槽，所述第一金属层、所述第二金属层以及所述第一双面微波介质基片中金属化通孔形成的侧壁构成所述第一谐振腔；所述第二双面微波介质基片中包括金属化通孔，所述第二双面微波介质基片的上层设置有第三金属层，所述第三金属层上设置有耦合空槽，所述第二双面微波介质基片的下层设置有第四金属层以及与所述第四金属层连接的两条第二微带馈电线，所述第三金属层、所述第四金属层以及所述第二双面微波介质基片中的金属化通孔形成的侧壁构成所述第二谐振腔；所述第一双面微波介质基片和所述第二双面微波介质基片层叠设置，并通过所述半固化片粘合所述第二金属层和所述第三金属层，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔通过所述第二金属层上的耦合空槽以及所述第三金属层上的耦合空槽级联。

优选地，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔均为矩形谐振腔。

优选地，两条第一微带馈电线在第一金属层上馈电点的位置关于所述第一谐振腔中心对称；两条第二微带馈电线在第三金属层上馈电点上的位置关于所述第二谐振腔中心对称。

优选地，所述第一金属层的边缘开设有两个用于分别接入两条第一微带馈电线的馈电连接口；所述第三金属层的边缘开设有两个用于分别接入两条第二微带馈电线的馈电连接口。

优选地，所述第二金属层上设置有两个耦合空槽，所述第二金属层上的两个耦合空槽关于所述第一谐振腔中心对称；所述第三金属层上设置有两个耦合空槽，所述第三金属层上的两个耦合空槽关于所述第二谐振腔中心对称。

优选地，所述第二金属层上的两个耦合空槽和所述第三金属层上的两个耦合空槽相对设置，且形状以及大小相同。

优选地，所述第一双面微波介质基片和第二双面微波介质基片具有相同的介电常数和厚度。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：

本发明的基片集成波导差分带通滤波器，通过关于第一谐振腔中心对称的一对第一微带馈电线对第一谐振腔进行馈电，在第一谐振腔内同时激励起两个谐振模式，在带外一侧产生一个带外零点；通过关于第二谐振腔中心对称的一对第二微带馈电线对第二谐振腔进行馈电，在第二谐振腔内同时激励起两个谐振模式，在带外另一侧产生另一个带外零点；再通过将第一谐振腔和第二谐振腔级联，从而在通带两侧分别产生一个带外零点；并且，差模带外抑制性能好；再者通过调整耦合空槽的位置与大小，可以实现较高的共模抑制性能。

附图说明

图1是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例的顶部示意图；

图2是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例的侧面示意图；

图3A是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中第一层电路图；

图3B是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中第二层电路图；

图3C是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中第三层电路图；

图3D是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中第四层电路图；

图4A是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中谐振腔谐振于频率f1时的场分布情况示意图；

图4B是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中谐振腔谐振于频率f2时的场分布情况示意图；

图5是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中谐振腔使用差分端口激励时的等效设置示意图；

图6是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例中谐振腔的频率响应曲线；

图7是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例的耦合拓扑结构；

图8是本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例的频率响应曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步的解释说明。

参见图1和图2，在本发明的基片集成波导差分带通滤波器的第一实施例中，基片集成波导差分带通滤波器采用矩形基片集成波导腔体，腔体工作于双模模式下，使用两层介质基片和一层半固化片。

具体地，基片集成波导差分带通滤波器包括第一双面微波介质基片1、半固化片2以及第二双面微波介质基片3，第一双面微波介质基片1和第二双面微波介质基片3层叠设置，通过半固化片2粘合连接，第一双面微波介质基片1和第二双面微波介质基片3具有相同的介电常数和厚度。

在本实施例中，第一双面微波介质基片1为矩形，其上层设有第一金属层6以及与第一金属层6连接两条第一微带馈电线11构成的第一层电路。第一双面微波介质基片1的下层设置有第二金属层7，为第二层电路，包含有两个用于内部耦合的耦合空槽12。第一双面微波介质基片1中沿着第一金属层6的边缘打入金属化通孔。第一金属层6、第一双面微波介质基片1的金属化通孔形成的侧壁、以及第二金属层7围成的矩形腔体构成了第一谐振腔4，第一谐振腔4为双模谐振腔。即第一金属层6为第一谐振腔4的上表面，第一双面微波介质基片1中的金属化通孔围成了第一谐振腔4的侧壁，第二金属层7为第一谐振腔4的下表面。两条第一微带馈电线11用于向第一谐振腔4馈电。

参见图3A，在本实施例中，在矩形的第一金属层6的两条对边上各开设一个馈电连接口，两个馈电连接口的位置关于第一谐振腔4中心对称。两条第一微带馈电线11分别连接于两个馈电连接口内。

参见图3B，在第二层电路中（示出的金属化通孔不在该层电路上，示出金属化通孔仅用于表示耦合空槽12和矩形谐振腔的相对位置关系），两个耦合空槽12关于第一谐振腔4中心对称。

在本实施例中，第二双面微波介质基片3为矩形，其上层设置有第三金属层8，为第三层电路，包含有两个用于内部耦合的耦合空槽13。在第二双面微波介质基片3的下层设有第四金属层9以及与第四金属层9连接的两条第二微带馈电线10构成的第四层电路。第二双面微波介质基片3中沿着第四金属层9的边缘打入金属化通孔。第三金属层8、第四金属层9以及第二双面微波介质基片3中的金属化通孔形成的侧壁构成矩形的第二谐振腔5，第三金属层8为第二谐振腔5的上表面，第四金属层9为第二谐振腔5的下表面。两条第二微带馈电线10用于向第二谐振腔5馈电。

参见图3C，在第三层电路中（示出的金属化通孔不在该层电路上，示出金属化通孔仅用于表示耦合空槽13和矩形谐振腔的相对位置关系），两个耦合空槽13关于第二谐振腔5中心对称。两个耦合空槽12和两个耦合空槽13的形状和大小相同。

在本实施例中，半固化片2通过粘合第二金属层7和第三金属层8，将第一双面微波介质基片1和第二双面微波介质基片3粘合。粘合之后，第二金属层7上的两个耦合空槽12和第三金属层8上的两个耦合空槽13位置相对。第一谐振腔4和第二谐振腔5通过第二金属层7上的耦合空槽12以及第三金属层8上的耦合空槽13级联。耦合空槽12、13一方面用以控制两个谐振腔的内部耦合系数，另一方面用于提高该滤波器对共模的抑制，谐振腔的大小用以控制通带的中心频率。

参见图3D，在第四层电路中，第四金属层9为矩形，其两条对边上各开设一个馈电连接口，两个馈电连接口的位置关于第二谐振腔5中心对称。两条第二微带馈电线10分别连接于两个馈电连接口内，两条第二微带馈电线10在第四金属层9上馈电点的位置关于第二谐振腔5中心对称。

在本实施例中，双模谐振腔工作时的场分布如图4A（工作模式为TE₁₀₂，谐振频率f1）和图4B（工作模式为TE₂₀₁，谐振频率f2，f2与f1不相等但接近）所示，可以看到，双模谐振腔在两个工作模式TE₁₀₂与TE₂₀₁下，场的分布均关于谐振腔的中心对称。因此，利用如图5的差分端口设置方法对谐振腔进行馈电，可以使双模谐振腔的这两个谐振模式均得到激励，图5中所示的P1和P1’相当于第一微带馈电线11，P2和P2’相当于第二微带馈线10，即设置P1和P1’、P2和P2’关于双模谐振腔中心对称，这样差分端口设置方法对谐振腔进行馈电，可以使双模谐振腔的这两个谐振模式均得到激励。该谐振腔在利用如图5所示的馈电方法激励后，得到响应如图6所示。为了便于观察谐振点及传输零点的分布情况，图6所示的响应曲线，均是在谐振腔的长度L=23.75mm时，对应谐振腔的不同宽度W在弱端口耦合情况下得到的结果（图1、图3A和图3D所示的强耦合情况同理）。可以看到，当谐振腔的宽度W大于长度L时，在比两个谐振点更低的频率处，会产生一个传输零点；相对应的，当谐振腔的宽度W小于长度L时，在比两个谐振点更高的频率处，也会产生一个传输零点；而当谐振腔的宽度W与长度L相等时，虽然也会产生一个零点，但是很不明显。以上的分析表明，利用两个按照图5所示的差分端口激励的谐振腔级联，并且按照分析的谐振腔长度、宽度与传输零点之间的关系合理设置谐振腔的长度与宽度，就可以设计出差分馈电下的、在通带两侧各有一个零点的差分滤波器。

在一个示例中，在中心频率10GHz处实现的本发明的基片集成波导差分带通滤波器，利用标准的多层印刷电路板工艺制作，并测试了其整体性能。第一双面微波介质基片1和第二双面微波介质基片3选用Rogers Duroid5880，其介电常数为2.2，厚度为0.508mm，半固化片选用Rogers4450B，其介电常数为3.54,厚度为0.1mm。图3A-图3D为基片集成波导差分带通滤波器的分层视图，其中各几何参数分别取值如下，单位mm：

w1=1.55，w2=2.35，w3=6.33，w4=4.66，w5=3.37，w6=23.2，w7=22.4，w8=3.83，L1=0.2，L2=21.4，L3=22，L4=22.9。金属化通孔直径均为0.6mm。

图7为本发明的基片集成波导差分带通滤波器第一实施例的耦合拓扑结构，其中，MS表示谐振腔与源，ML表示谐振腔与负载。使用4端口的安捷伦（Agilent）矢量网络分析仪N5232A对具有上述几何参数的基片集成波导差分带通滤波器进行测试，测试结果和仿真结果的对比如图8所示，测试本发明基片集成波导差分带通滤波器第一实施例的结果表明：基片集成波导差分带通滤波器的最小插入损耗（已经扣除接头损耗等的影响）为1.52dB，3dB带宽为9.89GHz-10.1GHz，带宽为210MHz。若阻带定义为S21<-30dB,则上边带从-3dB过渡到-30dB的过渡带为120MHz，下边带从-3dB过渡到-30dB的过渡带为160MHz，显示出优良的带外抑制性能。同时，基片集成波导差分带通滤波器的带内共模抑制均在-45dB以下。

在本发明的基片集成波导差分带通滤波器的第一实施例中，通过关于谐振腔中心对称的一对馈电线对双模谐振腔进行馈电，在一个谐振腔内同时激励起两个谐振模式，在带外一侧产生一个带外零点。再通过级联两个同样的双模谐振腔，从而在通带两侧分别产生一个带外零点。另外，可以通过调整耦合空槽的位置与大小，来实现较高的共模抑制性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种基片集成波导差分带通滤波器，其特征在于，包括第一双面微波介质基片（1）、半固化片（2）以及第二双面微波介质基片（3）；所述第一双面微波介质基片（1）中包括金属化通孔，所述第一双面微波介质基片（1）的上层设置有第一金属层（6）以及与所述第一金属层（6）连接的两条第一微带馈电线（11），所述第一双面微波介质基片（1）的下层设置有第二金属层（7），所述第二金属层（7）上设置有耦合空槽，所述第一金属层（6）、所述第二金属层（7）以及所述第一双面微波介质基片（1）中金属化通孔形成的侧壁构成所述第一谐振腔（4）；所述第二双面微波介质基片（3）中包括金属化通孔，所述第二双面微波介质基片（3）的上层设置有第三金属层（8），所述第三金属层（8）上设置有耦合空槽，所述第二双面微波介质基片（3）的下层设置有第四金属层（9）以及与所述第四金属层（9）连接的两条第二微带馈电线（10），所述第三金属层（8）、所述第四金属层（9）以及所述第二双面微波介质基片（3）中的金属化通孔形成的侧壁构成所述第二谐振腔（5）；所述第一双面微波介质基片（1）和所述第二双面微波介质基片（3）层叠设置，并通过所述半固化片（2）粘合所述第二金属层（7）和所述第三金属层（8），所述第一谐振腔（4）和所述第二谐振腔（5）通过所述第二金属层（7）上的耦合空槽以及所述第三金属层（8）上的耦合空槽级联。

2.根据权利要求1所述的基片集成波导差分带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔（4）和所述第二谐振腔（5）均为矩形谐振腔。

3.根据权利要求1所述的基片集成波导差分带通滤波器，其特征在于，两条第一微带馈电线（11）在第一金属层（6）上馈电点的位置关于所述第一谐振腔（4）中心对称；两条第二微带馈电线（10）在第三金属层（8）上馈电点上的位置关于所述第二谐振腔（5）中心对称。

4.根据权利要求3所述的基片集成波导差分带通滤波器，其特征在于，所述第一金属层（6）的边缘开设有两个用于分别接入两条第一微带馈电线（11）的馈电连接口；所述第三金属层（8）的边缘开设有两个用于分别接入两条第二微带馈电线（10）的馈电连接口。

5.根据权利要求1所述的基片集成波导差分带通滤波器，其特征在于，所述第二金属层（7）上设置有两个耦合空槽，所述第二金属层（7）上的两个耦合空槽关于所述第一谐振腔（4）中心对称；所述第三金属层（8）上设置有两个耦合空槽，所述第三金属层（8）上的两个耦合空槽关于所述第二谐振腔（5）中心对称。

6.根据权利要求5所述的基片集成波导差分带通滤波器，所述第二金属层（7）上的两个耦合空槽和所述第三金属层（8）上的两个耦合空槽相对设置，且形状以及大小相同。

7.根据权利要求1所述的基片集成波导差分带通滤波器，其特征在于，所述第一双面微波介质基片（1）和第二双面微波介质基片（3）具有相同的介电常数和厚度。