CN105896008B

CN105896008B - 一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器

Info

Publication number: CN105896008B
Application number: CN201610273832.XA
Authority: CN
Inventors: 许锋; 裘姝洁
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: CN105896008A

Abstract

本发明公开了一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，包括第一～第六谐振腔以及第一～第三微带线，其中第一、第二、第三谐振腔耦合成一个高频含有零点的具有等边三角形介质基板的第一传输零点滤波器，第四、第五、第六谐振腔耦合成一个低频含有零点的具有等边三角形介质基板的第二传输零点滤波器，第一和第二传输零点滤波器通过微带线级联起来，组合成一个含有六个谐振腔体的滤波器，这种滤波器不仅带宽较宽，并且在高低频均含有传输零点，可以有效抑制带外谐波，与其他类型的基片集成波导谐振腔滤波器相比拥有更加紧凑的结构。

Description

一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器

技术领域

本发明属于毫米波技术领域，特别涉及了一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器。

背景技术

随着无线通信事业的飞速发展，通信设备不断向着小型化、低成本、低损耗、更加便携方向发展。基片集成波导(SIW：Substrate Integrated Waveguide)在近些年中一直是研究热点。因其具有的高品质因数、高功率容量、尺寸小、易于加工等特点，在微波、毫米波电路中有着非常广阔的应用。过去数十年中，已经有大量文献对矩形、圆形基片集成波导进行了深入研究，而对于三角形基片集成波导的研究很少。与它们相比，三角形基片集成波导更具有结构紧凑、易于布局的特点，方便组合，亟待开发。

随着频率范围的不断提高，毫米波器件的尺寸将会不断的缩小。当毫米波器件的设计尺寸缩小到一点程度时，由于工业加工技术的局限性，将无法精确加工。如何提高滤波器的频率范围，且现在工业加工技术能够精确加工，成为该领域日益需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，利用三角形基片集成波导滤波器级联技术将两个分别含有高、低频传输零点的滤波器相组合，提高滤波器的频率范围。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，包括第一～第六谐振腔以及第一～第三微带线，所述第一～第六谐振腔均包括由上至下依次平行的顶层金属层、介质基片和底层金属层，每个谐振腔的顶层金属层、介质基片和底层金属层为相互全等且钝角为120°的等腰三角形，每个谐振腔的介质基片上排布有平行于该介质基片三条边的金属化矩形槽线；第一、第三谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积相等，第二谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积小于第一、第三谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积，第一、第二、第三谐振腔分别以其钝角所在两侧面为耦合面，两两耦合形成的第一、第二、第三谐振腔之间共用三列金属化矩形槽线，形成为具有等边三角形介质基板的第一传输零点滤波器，第一、第三谐振腔之间为交叉耦合，第一、第二谐振腔以及第二、第三谐振腔之间为内部耦合，且第一、第二、第三谐振腔中任意两谐振腔耦合后共用的三列金属化矩形槽线在靠近第一传输零点滤波器的等边三角形介质基板的中心处均留有空隙；第四、第六谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积相等，第五谐振器的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积大于第四、第六谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积，第四、第五、第六谐振腔分别以其钝角所在两侧面为耦合面，两两耦合形成的第四、第五、第六谐振腔之间共用三列金属化矩形槽线，形成为具有等边三角形介质基板的第二传输零点滤波器，第四、第五谐振腔之间的耦合以及第五、第六谐振腔之间的耦合为磁耦合，第四、第六谐振腔之间的耦合为电耦合，其中相互耦合的两个谐振腔所共用的金属化矩形槽线在靠近第二传输零点滤波器所在的等边三角形介质基板的中心处均留有空隙，且第四、第六谐振腔耦合后共用的金属化矩形槽线的空隙处排布有一列金属化通孔，在该列金属化通孔的两侧开有一对关于该列金属化通孔镜像对称、分别位于顶层金属层和底层金属层上的S形细槽，且该列金属化通孔中某相邻的两个金属化通孔恰位于这对S形细槽所围合的区域之中；所述第一传输零点滤波器边界中属于第三谐振腔的一边与第二传输零点滤波器边界中属于第四谐振腔的一边平行，且这两条边的中点通过第一微带线相连，第二微带线与第一传输零点滤波器边界中属于第一谐振腔的一边的中点相连，第三微带线与第二传输零点滤波器边界中属于第六谐振腔的一边的中点相连。

基于上述技术方案的优选方案，所述第一微带线与第一、第二传输零点滤波器的相连处开有细槽；所述第二微带线与第一传输零点滤波器的相连处开有细槽；所述第三微带线与第二传输零点滤波器的相连处开有细槽。

基于上述技术方案的优选方案，所述第一微带线的特性阻抗为50欧姆。

基于上述技术方案的优选方案，所述第二微带线的特性阻抗为50欧姆。

基于上述技术方案的优选方案，所述第三微带线的特性阻抗为50欧姆。

采用上述技术方案带来的有益效果：

(1)本发明利用三角形基片集成波导滤波器级联的技术将两个含有单个传输零点的滤波器相组合，使得滤波器在高频与低频同时含有传输零点，大大提升了带外抑制性能，并且加大了带内宽度；

(2)本发明利用三角形基片集成滤波器六个腔之间的内部耦合，每个腔体的等效谐振频率有所不同，使六个谐振器变成滤波器，提升了滤波范围，并且通带带宽大；

(3)本发明利用三角形基片集成滤波器每三个腔之间的交叉耦合，第一、

第二谐振腔之间是磁耦合结构，第一、第三谐振腔之间是磁耦合结构，第二、第三谐振腔之间是磁耦合结构，第四、第五谐振腔之间是磁耦合结构，第五、第六谐振腔之间是磁耦合结构，第四、第六谐振腔之间采用电耦合结构，使得电磁波有四条路线传播(即第一、

二、三、四、五、六腔体路线；第一、二、三、四、六腔体路线；

第一、三、四、五、六腔体路线及第一、三、四、六腔传播路线)，

从而产生了相位的变化使信号在传输中形成零点，有效抑制了带外损耗，提升了滤波性能；

(4)本发明主要结构就是平行四边形基片集成滤波器，由两个等边三角形滤波器级联而成，每个等边三角形滤波器由三个简单等腰三角形谐振腔构成，结构简单紧凑，易于工业加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中第一、第二、第三、第四、第五、第六谐振腔的三维示意图。

图3是本发明中第四、第六谐振腔之间的电耦合结构示意图。

图4是本发明的S参数仿真波形图。

标号说明：1、顶层金属层；2、介质基片；3、金属化矩形槽线；4、底层金属层；5、顶层金属层上的S形细槽；6、底层金属层上的S形细槽；7、两条S形细槽围合区域内的金属化通孔。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，包括第一～第六谐振腔以及第一～第三微带线。如图2所示，所述第一～第六谐振腔均包括由上至下依次平行的顶层金属层1、介质基片2和底层金属层4，每个谐振腔的顶层金属层、介质基片和底层金属层为相互全等且钝角为120°的等腰三角形，每个谐振腔的介质基片上排布有平行于该介质基片的金属化矩形槽线3。

第一、第三谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积相等，第二谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积小于第一、第三谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积，第一、第二、第三谐振腔分别以其钝角所在两侧面为耦合面，两两耦合形成的第一、第二、第三谐振腔之间共用三列金属化矩形槽线，形成为具有等边三角形介质基板的第一传输零点滤波器，第一、第三谐振腔之间为交叉耦合，第一、第二谐振腔以及第二、第三谐振腔之间为内部耦合，且第一、第二、第三谐振腔中任意两谐振腔耦合后共用的三列金属化矩形槽线在靠近第一传输零点滤波器的等边三角形介质基板的中心处均留有空隙。

第四、第六谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积相等，第五谐振器的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积大于第四、第六谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积，第四、第五、第六谐振腔分别以其钝角所在两侧面为耦合面，两两耦合形成的第四、第五、第六谐振腔之间共用三列金属化矩形槽线，形成为具有等边三角形介质基板的第二传输零点滤波器，第四、第五谐振腔之间的耦合以及第五、第六谐振腔之间的耦合为磁耦合，第四、第六谐振腔之间的耦合为电耦合，其中相互耦合的两个谐振腔所共用的金属化矩形槽线在靠近第二传输零点滤波器所在的等边三角形介质基板的中心处均留有空隙，且第四、第六谐振腔耦合后共用的金属化矩形槽线的空隙处排布有一列金属化通孔，在该列金属化通孔的两侧开有一对关于该列金属化通孔镜像对称、分别位于顶层金属层和底层金属层上的S形细槽，且该列金属化通孔中某相邻的两个金属化通孔7恰位于这对S形细槽5、6所围合的区域之中，如图3所示。

第一传输零点滤波器边界中属于第三谐振腔的一边与第二传输零点滤波器边界中属于第四谐振腔的一边平行，且这两条边的中点通过第一微带线相连，第二微带线与第一传输零点滤波器边界中属于第一谐振腔的一边的中点相连，第三微带线与第二传输零点滤波器边界中属于第六谐振腔的一边的中点相连。

在本实施例中，第一微带线与第一、第二传输零点滤波器的相连处开有细槽；所述第二微带线与第一传输零点滤波器的相连处开有细槽；所述第三微带线与第二传输零点滤波器的相连处开有细槽。

在本实施例中，第一、第二、第三微带线的特性阻抗为50欧姆。

图4是本发明含有双零点带通滤波器S参数仿真波形图(横坐标为频率，单位：吉赫兹，纵坐标为S参数，单位：分贝)，实线表示滤波器电磁波反射系数与频率的关系，虚线表示滤波器电磁波传输系数与频率的关系，证明了引入交叉耦合和级联技术可以在在低频和高频处均产生传输零点，在增大带宽的同时提升带外抑制性能性能。

由图4可知，本发明设计的带通滤波器的相对带宽为9.9％，带内插入损耗为1.5dB左右，回波损耗大于16dB，传输零点在-50dB以下，说明该滤波器能够实现相对较宽的带宽并且带外抑制谐波功能较强。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，其特征在于：包括第一～第六谐振腔以及第一～第三微带线，所述第一～第六谐振腔均包括由上至下依次平行的顶层金属层、介质基片和底层金属层，每个谐振腔的顶层金属层、介质基片和底层金属层为相互全等且钝角为120°的等腰三角形，每个谐振腔的介质基片上排布有平行于该介质基片三条边的金属化矩形槽线；第一、第三谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积相等，第二谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积小于第一、第三谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积，第一、第二、第三谐振腔分别以其钝角所在两侧面为耦合面，两两耦合形成的第一、第二、第三谐振腔之间共用三列金属化矩形槽线，形成为具有等边三角形介质基板的第一传输零点滤波器，第一、第三谐振腔之间为交叉耦合，第一、第二谐振腔以及第二、第三谐振腔之间为内部耦合，且第一、第二、第三谐振腔中任意两谐振腔耦合后共用的三列金属化矩形槽线在靠近第一传输零点滤波器的等边三角形介质基板的中心处均留有空隙；第四、第六谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积相等，第五谐振器的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积大于第四、第六谐振腔的介质基片上的三列金属化矩形槽线围成的三角形面积，第四、第五、第六谐振腔分别以其钝角所在两侧面为耦合面，两两耦合形成的第四、第五、第六谐振腔之间共用三列金属化矩形槽线，形成为具有等边三角形介质基板的第二传输零点滤波器，第四、第五谐振腔之间的耦合以及第五、第六谐振腔之间的耦合为磁耦合，第四、第六谐振腔之间的耦合为电耦合，其中相互耦合的两个谐振腔所共用的金属化矩形槽线在靠近第二传输零点滤波器所在的等边三角形介质基板的中心处均留有空隙，且第四、第六谐振腔耦合后共用的金属化矩形槽线的空隙处排布有一列金属化通孔，在该列金属化通孔的两侧开有一对关于该列金属化通孔镜像对称、分别位于顶层金属层和底层金属层上的S形细槽，且该列金属化通孔中某相邻的两个金属化通孔恰位于这对S形细槽所围合的区域之中；所述第一传输零点滤波器边界中属于第三谐振腔的一边与第二传输零点滤波器边界中属于第四谐振腔的一边平行，且这两条边的中点通过第一微带线相连，第二微带线与第一传输零点滤波器边界中属于第一谐振腔的一边的中点相连，第三微带线与第二传输零点滤波器边界中属于第六谐振腔的一边的中点相连。

2.根据权利要求1所述一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，其特征在于：所述第一微带线与第一、第二传输零点滤波器的相连处开有细槽；所述第二微带线与第一传输零点滤波器的相连处开有细槽；所述第三微带线与第二传输零点滤波器的相连处开有细槽。

3.根据权利要求1所述一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，其特征在于：所述第一微带线的特性阻抗为50欧姆。

4.根据权利要求1所述一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，其特征在于：所述第二微带线的特性阻抗为50欧姆。

5.根据权利要求1所述一种在高频和低频均含有传输零点的紧凑型带通滤波器，其特征在于：所述第三微带线的特性阻抗为50欧姆。