CN103700910B - 一种互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，该滤波器利用两个谐振器实现双频带滤波器。该双带滤波器是在介质基片上面设置顶层金属、接地金属面设置底层金属地，顶层金属上刻蚀的互补开口谐振环结构、接地金属贴片刻蚀的互补开口谐振环缺陷地结构，在顶层金属的一边设有一排金属通孔，微带线，阻抗匹配单元，输入馈电线和输出馈电线。其中互补开口谐振环结构可产生一个通带，同时产生一个传输零点；互补开口谐振环缺陷地结构和微带线通过耦合产生一个通带，同时也产生一个输零点，两者级联构成双带滤波器。该滤波器引入两个传输零点，使带外抑制得到改善，提高通带选择性，同时采用锥形渐变的馈电方式，可提高外部品质因数。

Description

一种互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器

技术领域

本发明涉及一种应用在无线通信系统的滤波器，尤其是涉及一种互补开口谐振环和缺陷地结构的双带滤波器。

背景技术

随着无线通信的发展，通信设备的不断递增，有限的频率资源日益紧张，如何高效利用频谱资源，在朝着更高频段发展的同时也兼容好现有的各种通信频段资源的通信系统是无线通信发展的一个关键。具有高选择性、小体积、低成本、设计灵活的射频滤波器有着迫切的需求。而如今的通信系统要求同时工作于多个通信频段以节约成本，即多通带低成本滤波器成为了这些系统中必不可少的器件。而半模基片集成波导滤波器在低成本方面有着绝对优势。

滤波器是通信设备不可或缺的基本单元电路，其性能好坏是直接影响其整个系统的性能。传统的滤波器通常采用微带或波导结构，但有着自身的不足。对于平面微带结构滤波器，其具有体积小、加工简单、易集成等优点，但存在损耗大、功率容量低等缺点。基于金属波导结构的滤波器有着功率容量高、插损小等优点，但是其加工成本高，且不适合与现代平面电路集成。而基于半模基片集成波导技术和缺陷地技术的双带滤波器在一定程度上综合了两者的优点，在近期受到广泛关注。

发明内容

本发明的主要目的是采用半模基片集成波导技术和缺陷地技术，结合半模基片集成波导上刻蚀互补开口谐振环的传输特性以及互补开口谐振环缺陷地结构的传输特性，提供一种选择性高和阻带抑制良好的小型化双带滤波器。

本发明通过以下的技术方案实现：

一种互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，包括两端的微带馈电线和两个半模基片集成波导单元。

所述半模基片集成波导单元包含三层结构：顶层金属，中间层和底层金属地。

 在顶层金属上刻蚀有互补开口谐振环结构，构成第一谐振器，产生一个通带，同时产生一个传输零点；在顶层金属的一边设有一排金属通孔，连接顶层金属和底层金属地；顶层金属上还刻蚀有微带线、阻抗匹配单元、输入馈电线和输出馈电线；所述阻抗匹配单元的一端与输入、输出馈电线相连，另一端与半模基片集成波导相连，实现基片集成波导和输入、输出馈电线之间的模式转换和阻抗变换。

在底层金属地上刻蚀互补开口谐振环缺陷地结构，所述微带线位于互补开口谐振环缺陷地结构的上方，并且中心线与互补开口谐振环缺陷地结构中心线在一个平面上，该平面与底面金属平面垂直，两者之间存在电容耦合，互补开口谐振环缺陷地结构和微带线通过耦合构成第二谐振器。

所述互补开口谐振环结构、互补开口谐振环缺陷地结构和微带线的中心在一条直线上，整个滤波器结构是一个轴对称结构。

所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器的关键技术难点在于解决半模基片集成波导上刻蚀互补开口谐振环与互补开口谐振环缺陷地的结构尺寸和耦合问题，确定影响双带传输响应的关键结构参数。精确设计半模基片集成波导上刻蚀互补开口谐振环的外边长，确定其谐振频点，在谐振频点附近实现一个具有陡峭截止特性、以该谐振器产生的谐振频点为第一个通带的中心频点。精确设计互补开口谐振环缺陷地的外边长和对应的微带线长度、宽度，确定微带线和互补开口谐振环缺陷地结构彼此间的耦合产生谐振频点，实现以该谐振频点为中心的第二个通带，同时该结构引入一个传输零点，进一步加强第二通带高频段的带外抑制特性。通过调节半模基片集成波导上刻蚀互补开口谐振环的缝隙宽度来改变第一个传输零点的位置，进一步改善两个通带的选择性。利用两个互补开口谐振环产生不同谐振频点关系，最终实现高频段高衰减、两通带之间隔离高达-60dB的高选择性小型化双带滤波器。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本双带滤波器采用半模基片集成波导与缺陷地集成在一起的结构，使得电路整体尺寸小、结构紧凑、空间利用率高；采用两个谐振器实现双带滤波器各通带互不干扰。

2、本双带滤波器通过结构设计，引入了两个传输零点，提高滤波器的两个通带的选择性，以及改善滤波器的带外抑制。

3、两个谐振点分别由两个互补开口谐振环尺寸独立控制，实现可独立控制的双带滤波器。

附图说明

图1是本双带滤波器的结构示意图；

图2是图1所示的双带滤波器的介质基板上层示意图；

图3是图1所示的介质基板下层示意图；

图4为图1中的互补开口谐振环结构（2）和（3）的示意图；

图5为本双带滤波器实例的频率响应曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1至图4所示的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其包含介质基片，介质基片上面设置金属贴片作为顶层金属1a、下表面设置金属贴片作为底层金属地1b。顶层金属1a上刻蚀的互补开口谐振环结构2，构成第一谐振器。底层金属地1b的接地金属贴片上刻蚀的互补的开口谐振环缺陷地结构3，微带线5位于互补开口谐振环缺陷地结构3的上方，并且中心线与互补开口谐振环缺陷地结构3中心线在一个平面上，该平面与底面金属平面垂直，互补开口谐振环缺陷地结构3与顶层金属1a上的微带线5耦合产生第二个通带，构成第二谐振器。顶层金属1a上的一边设有一排金属通孔4、阻抗匹配单元6、输入馈电线7和输出馈电线8，级联两个谐振器构成双带滤波器。

所述顶层金属1a上的互补开口谐振环结构2是由缝隙A和B构成，能够产生一个通带。其中缝隙A与B之间的金属宽度为0.3mm，缝隙A和B的宽为1mm，缝隙A-1、A-5的长为3.475mm，缝隙A-2、A-4的长为5.1mm，缝隙A-3的长为7.1mm，A-1缝隙和A-5缝隙之间的金属距离为0.25mm，缝隙B-1、B-5的长为2.125mm，缝隙B-2、B-4的长为2.5mm，缝隙B-3的长为4.5mm，缝隙B-1和B-5间的金属长为0.25mm。A-1、A-2、A-3、A-4、A-5的长度和A-1和A-5之间的金属距离控制第一个通带的中心频率；缝隙A和B的宽度用于改变第一个传输零点。

所述基片下表面的底层金属地1b刻蚀的互补开口谐振环缺陷地结构3是由缝隙C和D构成，其中缝隙C与D之间的金属宽度为0.25mm，缝隙C和D的宽为0.25mm，缝隙C-1、C-5的长为1.975mm，缝隙C-2、C-4的长为3.7mm，缝隙C-3的长为4.2，C-1缝隙和C-5缝隙之间的金属距离为0.25mm，缝隙D-1、D-5的长为1.475mm，缝隙D-2、D-4的长为2.7mm，缝隙D-3的长为3.2m，缝隙D-1和D-5间的金属距离为0.25mm；微带线5的长为4.2mm，宽为1mm。缝隙C的长和微带线5的长、宽控制第二个通带的中心频率，缝隙C、D的宽和微带线5的长、宽控制第二个通带的选择性。

所述的顶层金属1a上刻蚀的互补开口谐振环结构2距顶层金属1a的左边缘0.5mm、距上边缘0.3mm、距下边缘金属化过孔圆心为1.2mm，两个单元的中心距离为10.1mm，金属通孔的直径为0.8mm，圆心距为1.4mm。

在本实施例中，介质基片采用Rogers 5880，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

如图5所示，为该本实例的频率响应曲线图。图中包括两大曲线︱S21︱、︱S11︱，曲线︱S21︱是信号的传输特性曲线，曲线︱S11︱是端口的反射特性曲线。由图可知，该滤波器具有双带通带响应，其中一个通带的中心频率是2.5GHz，通带内最小插损0.483dB,回波损耗大于21dB，其通带3dB带宽为18%；第二通带的中心频率为5.4GHz，通带内最小插入损耗为1.551dB，通带内回波损耗大于35dB，其通带3dB宽带为4.8%；第一、二通带的宽带比为3.7：1；二个传输零点分别在 3.75GHz、5.9GHz，有效的提高了互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器通带的选择性。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种互补开口谐振环和缺陷地结构的半模基片集成波导的双带滤波器，其特性在于：包括两端的输入馈电线（7）和输出馈电线（8）和中间的两个半模基片集成波导单元；

所述半模基片集成波导单元包含三层结构：顶层金属（1a）、中间层和底层金属地（1b）；

 在顶层金属（1a）上刻蚀有两个互补开口谐振环结构（2），构成第一谐振器，产生一个通带，同时产生一个传输零点；在顶层金属（1a）的一边设有一排金属通孔（4），连接顶层金属和底层金属地；顶层金属（1a）上还刻蚀有微带线（5）和阻抗匹配单元（6）；所述微带线（5）与互补开口谐振环结构（2）相连；所述阻抗匹配单元(6)有两个，且该两个阻抗匹配单元(6)分别设置在输入馈电线（7）与一个互补开口谐振环结构（2）之间、输出馈电线（8）与另一互补开口谐振环结构（2）之间，实现基片集成波导和输入、输出馈电线之间的模式转换和阻抗变换；

在底层金属地（1b）上刻蚀互补开口谐振环缺陷地结构（3），所述微带线（5）位于互补开口谐振环缺陷地结构（3）的上方，并且中心线与互补开口谐振环缺陷地结构（3）中心线在一个平面上，所述平面与底层金属平面垂直，两者之间存在电容耦合，互补开口谐振环缺陷地结构（3）和微带线（5）通过耦合构成第二谐振器；

所述互补开口谐振环结构（2）和微带线（5）的中心线在一条直线上，整个滤波器结构是一个轴对称结构。

2.根据权利要求1所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：构成第一谐振器的互补开口谐振环结构（2）是在顶层金属（1a）上刻蚀缝隙A和B而构成，缝隙A和B开口方向相反，能够产生一个通带。

3.根据权利要求2所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：缝隙A由缝隙A-1、A-2、A-3、A-4、A-5组成，其中缝隙A-2分别于A-1和A-3垂直相交，A-4分别于A-3和A-5垂直相交；缝隙B由缝隙B-1、B-2、B-3、B-4、B-5组成，缝隙B-2分别于B-1和B-3垂直相交，B-4分别与B-3和B-5垂直相交；A-1、A-2、A-3、A-4、A-5的长度和A-1和A-5之间的金属距离控制第一个通带的中心频率；缝隙A和B的宽度用于改变第一个传输零点。

4.根据权利要求2所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：其中缝隙A与B之间的金属宽度为0.3mm，缝隙A和B的宽为1mm，缝隙A由缝隙A-1、A-2、A-3、A-4、A-5组成，缝隙A-1、A-5的长为3.475mm，缝隙A-2、A-4的长为5.1mm，缝隙A-3的长为7.1mm，A-1缝隙和A-5缝隙之间的金属距离为0.25mm；缝隙B由缝隙B-1、B-2、B-3、B-4、B-5组成，缝隙B-1、B-5的长为2.125mm，缝隙B-2、B-4的长为2.5mm，缝隙B-3的长为4.5mm，缝隙B-1和B-5间的金属长为0.25mm。

5.根据权利要求１或２所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：构成第二谐振器的互补开口谐振环缺陷地结构(3)是在底层金属地（1b）上刻蚀的缝隙C和D而构成，缝隙C和D开口方向相反，互补开口谐振环缺陷地结构(3)和微带线（5）耦合产生第二个通带，缝隙C的长和微带线（5）的长、宽控制第二个通带的中心频率，缝隙C、D的宽和微带线（5）的长、宽控制第二个通带的选择性。

6.根据权利要求4所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：缝隙C由缝隙C-1、C-2、C-3、C-4、C-5组成，其中缝隙C-2分别于C-1和C-3垂直相交，C-4分别于C-3和C-5垂直相交;缝隙D由缝隙D-1、D-2、D-3、D-4、D-5组成，缝隙D-2分别于D-1和D-3垂直相交，D-4分别于D-3和D-5垂直相交。

7.根据权利要求6所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：所述缝隙C与D之间的金属宽度为0.25mm，缝隙C和D的宽为0.25mm，缝隙C-1、C-5的长为1.975mm，缝隙C-2、C-4的长为3.7mm，缝隙C-3的长为4.2，C-1缝隙和C-5缝隙之间的金属距离为0.25mm，缝隙D-1、D-5的长为1.475mm，缝隙D-2、D-4的长为2.7mm，缝隙D-3的长为3.2m，缝隙D-1和D-5间的金属距离为0.25mm；微带线（5）的长为4.2mm，宽为1mm。

8.根据权利要求1或2所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：所述互补开口谐振环结构（2）距顶层金属（1a）的左边缘0.5mm、距上边缘0.3mm、距下边缘金属化过孔圆心为1.2mm，两个单元的中心距离为10.1mm。

9.根据权利要求1或2所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：所述阻抗匹配单元(6)是锥形渐变线。

10.根据权利要求1或2所述的互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器，其特征在于：该滤波器的介质基片采用Rogers 5880。