CN104393381B - 一种微波毫米波双通带滤波器 - Google Patents

一种微波毫米波双通带滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种微波毫米波双通带滤波器，包括介质介质基板，以及位于介质基板上表面的上层金属面和下表面的下层金属面。上层金属面呈矩形，在两个长边上分别连接上端微带线和下端微带；在上层金属面上分别蚀刻有相同的第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽和第二环形槽内分别嵌套相同第一矩形槽和第二矩形槽。上层金属面长边两端沿短边分别设置一排等间隔排列的上端金属接地通孔；下层金属面尺寸与介质基板的尺寸相同，下层金属面接地，其在上端金属接地通孔投影的位置设有下端金属接地通孔，上端金属接地通孔与其对应的下端金属接地通孔之间通过金属柱连接。本发明提供的双通带滤波器体积小、损耗低、结构简单，且上下边频易于调节。

Description

一种微波毫米波双通带滤波器
技术领域
本发明涉及航天航空以及多频段地面天线站卫星通讯领域，特别涉及无线通信中的一种基于SIW-EBG结构的微波毫米波双通带滤波器
背景技术
近年来，随着多频段地面天线站卫星通讯系统的高速发展，双通带滤波器在射频通信中有十分广泛的应用。很多射频通信系统中需要在一段特定的频率范围内滤除掉其中的某些信号，抑制杂散，或者系统需要通过一个波束发射多个不连续信道的频率信号，因此双通带滤波器的研究是十分重要的。传统的SIW(Substrate Integrated Waveguide集成基片波导)双通带滤波器结构一般采用集成基片波导的多种模式和多层结构。这类结构的缺点有：(1)加工精度要求高；(2)滤波器的整体体积大；(3)滤波器的应用频段低。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供提供一种体积小、损耗低、结构简单、上下边频易于调节的微波毫米波双通带滤波器。
一种微波毫米波双通带滤波器，包括介质介质基板，以及位于介质基板上表面的上层金属面和下表面的下层金属面。
上层金属面呈矩形，在两个长边上分别连接上端微带线和下端微带；在上层金属面上分别蚀刻有相同的第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽和第二环形槽内分别嵌套相同第一矩形槽和第二矩形槽。上层金属面长边两端沿短边分别设置一排等间隔排列的上端金属接地通孔；下层金属面尺寸与介质基板的尺寸相同，下层金属面接地，其在上端金属接地通孔投影的位置设有下端金属接地通孔，上端金属接地通孔与其对应的下端金属接地通孔之间通过金属柱连接。
作为本发明的一种改进，上层金属面的长边为该双通带滤波器第一通带上边频波长的二分之一。所述第一环形槽和第二环形槽的长边为双通带滤波器第一通带下边频波长的二分之一。所述第一矩形槽和第二矩形槽的长边为双通带滤波器第二通带下边频波长的二分之一。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)本发明采用SIW-EBG结构实现两个毫米波工作频段，可以通过简单调节槽线的尺寸及微带线尺寸达到滤波器的设计要求；(2)采用两个环形槽和矩形槽的嵌套结构实现网络耦合，使结构更加紧凑，实现小型化；(3)本发明为平面结构，尺寸小、重量轻、结构简单、易于加工、损耗低。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本发明微波毫米波双通带滤波器的上层结构图；
图2是本发明微波毫米波双通带滤波器的下层结构图；
图3是本发明微波毫米波双通带滤波器的立体示意图；
图4是本发明微波毫米波双通带滤波器的结构示意图；
图5是本发明实施例的仿真的频率响应特性曲线图。
具体实施方式
结合图1、2，本发明基于SIW-EBG结构的微波毫米波双通带滤波器，其特征在于，包括上端50欧姆微带线1，下端50欧姆微带线2、第一环形微带线10、第二环形微带线11、上层金属面8、介质基板9和下层金属面12；在上层金属面8上分别蚀刻有第一环形槽3、第二环形槽4、第一矩形槽5和第二矩形槽6，且矩形槽平行嵌套在环形槽里面，第一环形槽3和第二环形槽4的长边为双通带滤波器第一通带下边频波长的二分之一，且两环形槽关于介质基板中心位置对称，第一矩形槽5和第二矩形槽6的长边为双通带滤波器第二通带下边频波长的二分之一，且两矩形槽关于介质基板中心位置对称；环形槽的间隙通常为0.05～0.2mm；第一环形微带线10和第二环形微带线11填补在环形槽和矩形槽之间，且两环形微带线的长边约为双通带滤波器第二通带上边频波长的二分之一；金属接地通孔7位于上层金属面的两侧边缘位置，两排金属接地通孔关于介质基板中心位置对称，且等间隔排列；上层金属面8的宽度与介质基板9的宽度相同，下层金属面12的长度和宽度与介质基板9的长度和宽度相同，上层金属面8的宽度约为该双通带滤波器第一通带上边频波长的二分之一。结合二端口网络，基于SIW-EBG结构进行双通带滤波器设计，上层金属面的宽度、环形槽的长边分别为对应双通带滤波器第一通带的上边频、下边频波长的二分之一，可以方便控制双通带滤波器第一通带的上下边频，此为第一个传输网络；环形微带线的长边及矩形槽的长边分别为对应第二通带的上边频、下边频波长的二分之一，可以方便控制双通带滤波器第二通带的上下边频，此为第二个传输网络；第二个传输网络耦合到第一个传输网络，其耦合强度由环形槽的间隙及环形微带线的尺寸决定。由二端口网络可知，该耦合对第一个传输网络影响较小，对第二个传输网络影响较大，因此环形槽的间隙及环形微带线的尺寸将影响双通带滤波器第二通带的上下边频，但基本不影响第一通带的上下边频。
本发明微波毫米波双通带滤波器，介质基板9的介电常数εr通常为2～10，高度通常为0.2～1mm，介质基板9上层的50欧姆微带线1和2为能量的输入/输出端口，宽度通常为0.3～2mm。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
本发明微波毫米波双通带滤波器采用SIW-EBG结构，结合二端口网络理论，设计出了结构更为紧凑，通带可调的双通带滤波器。整个滤波器的尺寸为4.8mm×4mm×0.508mm，介质基板为Rogers RO4003(tm)，相对介电常数为3.55。介质基板分上下两层结构，第一通带的中心频率为26.5GHz，带宽为6GHz；第二通带的中心频率为39.5GHz，带宽为2GHz。对应第一通带的上边频的二分之一波长为4.67mm，第一通带的下边频的二分之一波长为2.75mm，第二通带的上边频的二分之一波长为2.06mm，第二通带的下边频的二分之一波长为1.99mm。结合附图3可得，w1、l1分别为介质基板9的宽度和长度，上层金属面8的宽度与介质基板9的宽度相同，下层金属面12的长度和宽度与介质基板9的长度和宽度相同。w0、l0分别为50欧姆微带线1、2的宽度和长度，w2、s2分别为对称环形槽3、4的长边和短边，w3、s3分别为对称矩形槽5、6的长边和短边，w4为对称环形微带线10、11的长边，s0为上层金属面8的长度，s1为第一环形槽3距离上端50欧姆微带线1及第二环形槽4距离下端50欧姆微带线2的长度，s4为对称环形槽3与4之间的距离长度，e为第一环形微带线10和第一环形槽3之间及第二环形微带线11和第二环形槽4之间的距离，c为第一环形槽3与第一矩形槽5之间及第二环形槽4与第二矩形槽6之间的间隙，V为金属接地通孔7之间的间隙大小。环形槽和矩形槽的短边是由EBG结构带通滤波器的耦合决定的，各参数值具体如下：
w0＝1mm，l0＝1mm，l1＝4mm，w1＝4.8mm，w2＝2.98mm，w3＝2.25mm，w4＝2.78mm，s0＝2.02mm，s1＝0.69mm，s2＝0.25mm，s3＝0.31mm，s4＝0.16mm，e＝0.1mm，c＝0.1mm，V＝0.42mm。
本实施例使用ANSYS公司的全波电磁仿真软件HFSS进行仿真，所得仿真传输系数曲线如图4所示，结果表明：本发明微波毫米波双通带滤波器第一条通带的中心频率为26.5GHz，插入损耗和回波损耗分别为1.2dB和23dB，其3dB带宽为6GHz；第二条通带的中心频率为39.5GHz，插入损耗和回波损耗分别为2.2dB和28dB，其3dB带宽为2GHz。

Claims (5)

1.一种微波毫米波双通带滤波器，包括介质基板(9)，以及位于介质基板(9)上表面的上层金属面(8)和下表面的下层金属面(12)，其特征在于，
上层金属面(8)呈矩形，在两个长边上分别连接上端微带线(1)和下端微带线(2)；在上层金属面(8)上分别蚀刻有相同的第一环形槽(3)和第二环形槽(4)，第一环形槽(3)和第二环形槽(4)内分别嵌套相同第一矩形槽(5)和第二矩形槽(6)；第一环形槽(3)和第一矩形槽(5)之间为第一环形微带线(10)，第二环形槽(4)和第二矩形槽(6)之间为第二环形微带线(11)；
上层金属面(8)长边两端沿短边分别设置一排等间隔排列的上端金属接地通孔(7)；下层金属面(12)尺寸与介质基板(9)的尺寸相同，下层金属面(12)接地，其在上端金属接地通孔(7)投影的位置设有下端金属接地通孔，上端金属接地通孔(7)与其对应的下端金属接地通孔之间通过金属柱连接。
2.根据权利要求1所述的微波毫米波双通带滤波器，其特征在于，上层金属面(8)的宽度为该双通带滤波器第一通带上边频波长的二分之一。
3.根据权利要求2所述的微波毫米波双通带滤波器，其特征在于，第一环形槽(3)和第二环形槽(4)为矩形环，且长边平行于上层金属面(8)的长边，且每个环形槽关于垂直于上层金属面(8)长边的中轴线对称，且两个环形槽之间关于垂直于上层金属面(8)短边的中轴线对称；所述第一环形槽(3)和第二环形槽(4)的长边为双通带滤波器第一通带下边频波长的二分之一。
4.根据权利要求3所述的微波毫米波双通带滤波器，其特征在于，第一矩形槽(5)和第二矩形槽(6)长边平行于上层金属面(8)的长边，且每个矩形槽关于垂直于上层金属面(8)长边的中轴线对称，且两个矩形槽之间关于垂直于上层金属面(8)短边的中轴线对称；所述第一矩形槽(5)和第二矩形槽(6)的长边为双通带滤波器第二通带下边频波长的二分之一。
5.根据上述任意一项权利要求所述的微波毫米波双通带滤波器，其特征在于，上端微带线(1)和下端微带线(2)均为50欧姆微带线。
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