CN104282968A - 一种基片集成波导高通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片集成波导高通滤波器。该滤波器包括半模基片集成波导高通滤波器和带阻滤波器：半模基片集成波导高通滤波器包括金属贴片、介质基片、金属通孔，介质基片的表面设有金属贴片，金属贴片的中部为矩形贴片且两边通过梯形微带渐变线过渡为微带线，微带线分别连接输入端和输出端，矩形贴片中沿一侧边线设有一排金属通孔；带阻滤波器设置于矩形贴片的输入端一侧，包括从输入端开始沿着微带线依次设置的两个拐角微带分支线，二者均包括相互垂直的首段和尾段形成L型，首段均与微带线垂直相接、尾段相向设置；其中带阻滤波器的上边带为半模基片集成波导高通滤波器的截止频率。该滤波器保证了较好的带外抑制，且通带内回波损耗较小。

Description

一种基片集成波导高通滤波器

一  技术领域

本发明涉及微波滤波器的技术领域，特别是一种基片集成波导高通滤波器。

二  背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，频谱资源越来越紧缺，系统工作频率变得越来越高，其相对带宽也越来越窄。这样，实际应用对微波系统工作质量和频带的要求越来越苛刻，而微带线等电路存在的损耗相对较大、品质因数较低、电磁辐射和串扰多、自然热源集中、功率容量有限等多方面的不足则愈加明显。因此，提出一些即适合于系统封装中高集成度和兼容性要求，又具有低插损、高功率容量等微带结构所不具备的优点的新型微波、毫米波电路形式和集成技术就变得非常重要。基片集成波导SIW技术（D. Deslandes, and K. Wu. Integrated microstrip and rectangular waveguide inplanar form, IEEE Microw. Wireless Compon. Lett.,  2001, 11(2): 68–70.）正是在此背景下产生的。

采用基片集成波导技术来设计滤波器时，与传统的波导形式微波毫米波器件的加工成本相比,基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉,不需任何事后调试工作,非常适合微波毫米波电路的集成设计和大批量制作。由于SIW结构中往往包含由大金属平面和金属化通孔，其自身损耗分散。

基片集成波导本身就具有高通特性，但是通带特性不容易控制和调节。为了减少器件的尺寸，又提出了半模基片集成波导的概念，尺寸虽减少了一半但还能实现整个基片集成波导的功能，半模基片集成波导高通滤波器同样也存在不能权衡带外抑制和通带内回波损耗的缺点，不容易控制和调节。

三  发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、容易实现的基片集成波导高通滤波器，该滤波器既保证了较好的带外抑制，又能使通带内回波损耗足够小。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基片集成波导高通滤波器，包括半模基片集成波导高通滤波器和带阻滤波器，所述半模基片集成波导高通滤波器包括金属贴片、介质基片、金属通孔，在介质基片的表面设有金属贴片，金属贴片的中部为矩形贴片，矩形贴片两边通过两条对称的梯形微带渐变线过渡为微带线，矩形贴片两边的微带线分别连接输入端和输出端，在金属贴片中部的矩形贴片中沿着不与输入端和输出端相连的一侧边线设有一排金属通孔；所述带阻滤波器设置于矩形贴片的输入端一侧，带阻滤波器包括从输入端开始沿着微带线依次设置的第一拐角微带分支线和第二拐角微带分支线，且第一拐角微带分支线和第二拐角微带分支线位于微带线的两侧，其中第二拐角微带分支线与金属通孔同侧；第一拐角微带分支线和第二拐角微带分支线结构相同且均包括相互垂直的首段和尾段形成L型，其中两个首段均与微带线垂直相接、两个尾段相向设置；所述带阻滤波器的上边带为半模基片集成波导高通滤波器的截止频率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）本发明采用微带带阻滤波器与传统半模SIW高通滤波器相结合，可以实现截止频率处的通带特性，又实现了截止频率后的高通特性；（2）该滤波器既保证了较好的带外抑制，又能使通带内回波损耗足够小；（3）本发明滤波器结构简单，容易实现。

四  附图说明

图1是本发明基片集成波导高通滤波器的俯视结构示意图。

图2是本发明基片集成波导高通滤波器中带阻滤波器的S参数图。

图3是本发明基片集成波导高通滤波器与传统半模基片集成波导高通滤波器的S参数比较图。

五  具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明基片集成波导高通滤波器，包括半模基片集成波导高通滤波器1和带阻滤波器2，所述半模基片集成波导高通滤波器1包括金属贴片11、介质基片12、金属通孔13，在介质基片12的表面设有金属贴片11，金属贴片11的中部为矩形贴片，矩形贴片两边通过两条对称的梯形微带渐变线过渡为微带线5，矩形贴片两边的微带线5分别连接输入端3和输出端4，在金属贴片11中部的矩形贴片中沿着不与输入端3和输出端4相连的一侧边线设有一排金属通孔13；所述带阻滤波器2设置于矩形贴片的输入端3一侧，带阻滤波器2包括从输入端3开始沿着微带线5依次设置的第一拐角微带分支线21和第二拐角微带分支线22，且第一拐角微带分支线21和第二拐角微带分支线22位于微带线5的两侧，其中第二拐角微带分支线21与金属通孔13同侧；第一拐角微带分支线21和第二拐角微带分支线22结构相同且均包括相互垂直的首段和尾段形成L型，其中两个首段均与微带线5垂直相接、两个尾段相向设置；所述带阻滤波器2的上边带为半模基片集成波导高通滤波器1的截止频率。

本发明基片集成波导高通滤波器的参数设计过程如下：

（一）、优化带阻滤波器2，主要调节第一拐角微带分支线21和第二拐角微带分支线22的尺寸，使带阻滤波器2的阻带上边带为所设计半模基片集成波导高通滤波器1的截止频率f_c；

（二）、根据截止频率f_c来确定半模基片集成波导高通滤波器1中矩形贴片的宽度即从金属通孔13轴心连线到对面边线的垂直距离，具体公式如下：

$f_c=\frac{v}{{\mathrm{\λ}}_c}=\frac{c/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{2a_{\mathrm{equ}}}$

$a_{\mathrm{equ}}=a_{\mathrm{siw}}-1.08\frac{d^2}{p}+0.1\frac{d^2}{a_{\mathrm{siw}}}$

式中，f_c为半模基片集成波导高通滤波器1的截止频率，v为光在介质基片12中的传播速度，λ_c为截止频率f_c所对应的波长，a_equ为矩形贴片的等效宽度，a_siw为矩形贴片的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，ε_r为介质基片12的介电常数，d为金属通孔13的直径，p为相邻金属通孔13圆心之间的距离；

（三）、在矩形贴片的两端有对称的两条梯形微带渐变线，优化梯形微带渐变线的尺寸使得微带线5和半模基片集成波导高通滤波器1的阻抗匹配；

（四）、分别对带阻滤波器2、半模基片集成波导高通滤波器1、以及梯形微带渐变线优化后，最后对滤波器整体进行优化和调试，使其性能要求满足设计指标。

实施例1

结合图1本发明基片集成波导高通滤波器，下面设计了一个截止频率f_c为16GHz的基片集成波导高通滤波器，带内回波损耗小于-20dB，带外插损小于-60dB。介质基片12的材料为Roger RT5880，介电常数ε_r=2.2，介质基片12厚度H=0.508mm；金属通孔13的直径d=0.5mm，相邻金属通孔13圆心之间距离为p=1mm。

图2是本发明基片集成波导高通滤波器中带阻滤波器2的S参数图，带阻滤波器2阻带的上边带为16GHz，是所设计高通滤波器的介质频率，并且在0~30GHz宽的频带内没有寄生通带。

图3是本发明基片集成波导高通滤波器与传统半模基片集成波导高通滤波器的S参数比较图。传统的半模SIW高通滤波器，截止频率16GHz处没有达到设计指标，并且34GHz到36GHz出现了寄生通带；本发明中高通滤波器从截止频率16GHz处开始到40GHz都有很好的通带特性。

综上所述，本发明基片集成波导高通滤波器，由传统的半模基片集成波导高通滤波器前端加载微带带阻滤波器来实现，可以实现截止频率处的通带特性，又实现了截止频率后面的高通特性，并且结构简单，容易实现。

Claims (3)

1.一种基片集成波导高通滤波器，其特征在于，包括半模基片集成波导高通滤波器（1）和带阻滤波器（2），所述半模基片集成波导高通滤波器（1）包括金属贴片（11）、介质基片（12）、金属通孔（13），在介质基片（12）的表面设有金属贴片（11），金属贴片（11）的中部为矩形贴片，矩形贴片两边通过两条对称的梯形微带渐变线过渡为微带线（5），矩形贴片两边的微带线（5）分别连接输入端（3）和输出端（4），在金属贴片（11）中部的矩形贴片中沿着不与输入端（3）和输出端（4）相连的一侧边线设有一排金属通孔（13）；所述带阻滤波器（2）设置于矩形贴片的输入端（3）一侧，带阻滤波器（2）包括从输入端（3）开始沿着微带线（5）依次设置的第一拐角微带分支线（21）和第二拐角微带分支线（22），且第一拐角微带分支线（21）和第二拐角微带分支线（22）位于微带线（5）的两侧，其中第二拐角微带分支线（21）与金属通孔（13）同侧；第一拐角微带分支线（21）和第二拐角微带分支线（22）结构相同且均包括相互垂直的首段和尾段形成L型，其中两个首段均与微带线（5）垂直相接、两个尾段相向设置；所述带阻滤波器（2）的上边带为半模基片集成波导高通滤波器（1）的截止频率。

2.根据权利要求1所述的基片集成波导高通滤波器，其特征在于，所述矩形贴片的宽度即从金属通孔（13）轴心连线到对面边线的垂直距离，根据以下公式确定：

$f_c=\frac{v}{{\mathrm{\λ}}_c}=\frac{c/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{2a_{\mathrm{equ}}}$

$a_{\mathrm{equ}}=a_{\mathrm{siw}}-1.08\frac{d^2}{p}+0.1\frac{d^2}{a_{\mathrm{siw}}}$

式中， f_c为半模基片集成波导高通滤波器1的截止频率，v为光在介质基片（12）中的传播速度，λ_c为截止频率f_c所对应的波长，a_equ为矩形贴片的等效宽度，a_siw为矩形贴片的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，ε_r为介质基片（12）的介电常数，d为金属通孔（13）的直径，p为相邻金属通孔（13）圆心之间的距离。

3.根据权利要求1所述的基片集成波导高通滤波器，其特征在于，所述第一拐角微带分支线（21）和第二拐角微带分支线（22）的总长度均为λ_g/4，第一拐角微带分支线（21）和第二拐角微带分支线（22）之间的距离为λ_g/2，λ_g为带阻滤波器（2）的阻带中心频率所对应的波长。