CN105006613A - 一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，该滤波器包括：介质基片以及设置在介质基片上下表面的金属贴片和金属通孔；金属贴片包括输入输出端口微带线和带有椭圆缺陷结构的四分之一模基片集成波导第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔；所述第一谐振腔与第三谐振腔以第二谐振腔的中心轴镜像对称；第一谐振腔与第二谐振腔之间设有第一电耦合，第二谐振腔与第三谐振腔之间设有第二电耦合,第一谐振腔与第三谐振腔之间通过感性窗口实现磁耦合。本发明的有益效果为：椭圆形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器具有结构紧凑，尺寸小型化，性能稳定且易于系统集成的特点。

Description

一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器

技术领域

本发明涉及微波毫米波滤波器领域，具体涉及基片集成波导滤波器。

背景技术

近些年提出多种基片集成波导滤波器，基片集成波导是由传统金属波导结构变形而来，在普通基片上开两排金属通孔，用来代替传统波导的窄边，基片集成波导在保留了传统波导的一系列优点的同时，还可以与广泛使用的微带电路实现无缝隙集成。基片集成波导结构具备了传输损耗小，辐射小，高Q值，易于加工维护，体积小重量轻的优点，适合微波毫米波电路的设计和大规模生产。但是相对微带滤波器，基片集成波导滤波器尺寸还是较大。虽然先进的多层技术可以减小整体尺寸，但是成本高，加工过程复杂。为了进一步缩小滤波器的体积，可以沿着基片集成波导谐振腔的磁壁将谐振腔切开，这样更小体积的基于半模、四分之一模基片集成波导的滤波器被提出，并且具有与全模谐振腔相似的电磁特性。

发明内容

本发明的目的是提出一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，兼具传统基片集成波导滤波器各种优点，进一步减小滤波器的尺寸。

本发明的技术方案：一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征包括：介质基片以及设置在介质基片上下表面的金属贴片和金属通孔，所述金属贴片包括输入输出端口微带线和带有椭圆缺陷结构的四分之一模基片集成波导第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔；所述第一谐振腔与第三谐振腔以第二谐振腔的中心轴镜像对称；所述金属通孔贯穿介质基片和上下表面金属贴片；利用四分之一模基片集成波导，所述的四分之一模基片集成波导是沿着基片集成波导矩形谐振腔对角线磁壁将谐振腔切开得到，具有两个开放式边界；表面开缝椭圆形缺陷的四分之一模基片集成波导是在谐振腔的上层金属面按椭圆长轴平行于直角三角形的斜边的方向放置刻蚀的椭圆，通过在四分之一模基片集成波导上形成椭圆形缺陷结构来作为基本谐振单元。

所述滤波器第一谐振腔和第二谐振腔之间通过凹槽实现电耦合，第二谐振腔和第三谐振腔之间通过凹槽实现电耦合，第一谐振腔和第三谐振腔之间通过感性窗口实现磁耦合，从而实现交叉耦合，第一谐振腔和第三谐振腔之间的耦合是滤波器产生了传输零点，耦合强度越大，传输零点越靠近通带边缘，选择性越好；输入输出端口直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。

本发明有益效果是：相比传统三腔耦合滤波器，椭圆形缺陷结构四分之一模基片集成波导滤波器体积减少了87％，通过在四分之一模基片集成波导上形成椭圆形缺陷结构来作为基本谐振单元，谐振腔的表面电流会绕过表面的椭圆缺陷，这样延长等效电流路径，增大电长度，从而使谐振频率降低，通过改变缺陷大小，可以得到耦合矩阵中的不同频率的谐振腔。在相同的谐振频率下，表面有椭圆缺陷谐振腔的尺寸会比没有椭圆缺陷的谐振腔要小，减小了每个腔的尺寸，从而减小了整个滤波器的尺寸。通带内插入损耗优于-0.9dB，通带内回波损耗优于-18.2dB，在4GHz处出现传输零点极大的提高了上阻带的频率选择性。

附图说明

图1a是本发明实施例单个谐振腔的平面结构示意图。

图1b是本发明实施例单个谐振腔的截面结构示意图。

图2是本发明实施例的滤波器的结构分布示意图。

图3是本发明实施例的滤波器的频率响应曲线。

图中：单腔体椭圆缺陷四分之一模基片集成波导谐振腔1、椭圆形缺陷2、金属通孔3、介质基片4、上表面金属贴片5、下表面金属贴片6、输入端口7、第一谐振腔8、第二谐振腔9、第三谐振腔10、输出端口11。

具体实施方式

椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，所述滤波器包括：介质基片4以及设置在介质基片上下表面的金属贴片5、6和金属通孔3，所述金属通孔贯穿介质基片和上下表面金属贴片。如图1a所示为单个四分之一模基片集成波导谐振腔1，其两个开放式边界相当于理想磁壁，谐振器的谐振频率主要由斜边的长度b决定，通过在四分之一模基片集成波导谐振腔的上层金属面按椭圆长轴平行于直角三角形的斜边的方向放置刻蚀的椭圆2，短轴长度r用以调节椭圆缺陷2的大小，轴向比率值固定为3.3。

如图2所示本发明是以三个表面开椭圆形槽的四分之一模基片集成波导谐振腔组成的交叉耦合滤波器，所述滤波器包括：输入端口7、输出端口11、第一谐振腔8、第二谐振腔9、第三谐振腔10。所述第一谐振腔8与第三谐振腔10以第二谐振腔9的中心轴镜像对称；第二谐振腔9与第一、第二谐振腔8、10之间均为负耦合；第一谐振腔8与第三谐振腔10之间通过感性窗口实现正耦合；滤波器的输入端口7、输出端口11分别连接第一谐振腔8和第二谐振腔10。输入输出端口直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。本发明的滤波器的中心频率取决于谐振腔的谐振频率，带宽主要受耦合系数的影响。谐振腔的谐振频率主要由斜边的长度b决定，r₁用于调节第二谐振腔9，r₂用于调节第一、第二谐振腔8、10。g用于调节第二谐振腔9与第一、第三谐振腔8、10之间的耦合强度。同样，j用于调节第一谐振腔8与第三谐振腔10之间的耦合强度，决定了滤波器传输零点的位置。输入端口7和输出端口11分别与第一谐振腔8和第三谐振腔10相连，其特征阻抗为50Ω，w用来调节输入输出端微带线的阻抗l₁用来调节外部品质因数Q。

本实施例中，选用的介质基片相对介电常数为2.2，厚度0.508mm；如图中各几何参数分别为：w＝1.6mm，l₁＝9.3mm，l₂＝10mm，r₁＝2mm，r₂＝1.92mm，j＝4mm，b＝30mm，d＝0.5mm，p＝1mm，g＝0.62mm，总体尺寸包括50欧姆微带线20×53×0.508mm³。

如图3所示为本发明实施例的滤波器的频率响应曲线，其中虚线为仿真结果，实线为测试结果，从图中可以看到，仿真结果与测试结果相吻合，本发明的滤波器中心频率为3.6GHz，相对带宽为8.6％，通带内插入损耗优于0.9dB，通带内回波损耗优于-18.2dB，在4GHz处出现传输零点极大的提高了上阻带的频率选择性。

本发明是一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导小型化带通滤波器，该滤波器中四分之一模谐振器相比传统的基片集成波导谐振腔滤波器的尺寸减小了大约75％。通过引入椭圆形缺陷延长等效电流路径，增大电长度，从而使谐振频率降低，通过改变缺陷大小，可以得到不同频率的谐振腔。相比传统三腔耦合滤波器，椭圆形缺陷结构四分之一模基片集成波导滤波器体积减少了87％。滤波器上通带出现一个传输零点，具有很好的频率选择性，同时还具有结构紧凑，性能稳定，易于集成等特点。

以上所述的实施例并非对本发明做任何形式上的限制，任何根据上述发明方案技术的内容对实施例形状或结构上作的任何变化，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：通过在四分之一模基片集成波导上形成椭圆形缺陷结构来作为基本谐振单元，该滤波器包括输入端口(7)、第一谐振腔(8)、第二谐振腔(9)、第三谐振腔(10)、输出端口(11)；所述第一谐振腔(8)与第三谐振腔(10)以第二谐振腔(9)的中心轴镜像对称；第一谐振腔(8)和第二谐振腔(9)之间通过凹槽实现电耦合，第二谐振腔(9)和第三谐振腔(10)之间通过凹槽实现电耦合，第一谐振腔(8)和第三谐振腔(10)之间通过感性窗口实现磁耦合；输入端口(7)、输出端口(11)直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。

2.根据权利要求1所述的椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：该滤波器由三个椭圆缺陷四分之一模基片集成波导谐振腔构成，单个谐振腔(1)利用四分之一模基片集成波导，在四分之一模谐振腔的上表面金属贴片上按椭圆长轴平行于三角形的斜边的方向刻蚀椭圆形缺陷(2)；所述谐振腔包括：介质基片(4)以及设置在介质基片上表面金属贴片(5)、下表面金属贴片(6)和金属通孔(3)；所述金属通孔(3)贯穿介质基片(4)和上表面金属贴片(5)、下表面金属贴片(6)。

3.根据权利要求1所述的椭圆缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述的四分之一模基片集成波导是沿着基片集成波导矩形谐振腔对角线磁壁将谐振腔切开得到，具有两个开放式边界，具有矩形谐振腔的性能。