CN106159387A - 一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器。该滤波器由窄带基片集成波导带阻滤波器嵌入到一段基片集成波导主传输线中构成。整个基片集成波导部分包括金属贴片、介质基片、金属通孔，介质基片的表面设有金属贴片，金属贴片的两端通过梯形微带渐变线过渡为阻抗为50欧姆的微带线，50欧姆的微带线连接滤波器的输入端和输出端。短截线谐振器构成带阻滤波器，带阻滤波器的上边带为所设计的基片集成波导高通滤波器的截止频率，且基片集成波导主传输线的截止频率在带阻滤波器的阻带范围内。该高通滤波器保证了较好的带外抑制，且具有紧凑的结构特点。

Description

一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器

技术领域

本发明涉及微波滤波器技术领域，特别是一种高抑制特性的基片集成波导高通滤波器。

背景技术

基片集成波导是通过在双面覆铜的介质基板上下金属面间引入周期性金属化通孔阵列来实现的一种波导结构。基片集成波导的传播特性与相应的介质填充金属波导类似。基片集成波导具有与金属波导相类似的高品质因数、低插损、低辐射等优点，同时由于能够利用PCB或LTCC工艺来实现，还具有体积小、重量轻、成本低、易于加工、易于实现平面集成等传统金属波导不具备的优点。

基片集成波导结构本身具有高通特性，但是阻带的抑制特性不好，因此，工程中不直接采用基片集成波导结构作为高通滤波器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、容易实现的高抑制特性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，又具有紧凑的结构特点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器，包括一段基片集成波导主传输线，以及嵌入在基片集成波导主传输线中的三个短截线谐振器；整个基片集成波导包括金属贴片、介质基片、金属通孔，在介质基片的上、下表面分别设有金属贴片，上、下表面的金属贴片由金属通孔连接；金属贴片的输入端一侧通过第一梯形微带渐变线过渡为第一微带线、金属贴片的输出端一侧通过第二梯形微带渐变线过渡为第二微带线，金属贴片输入端一侧的第一微带线是整个滤波器的输入端，金属贴片输出端一侧的第二微带线是整个滤波器的输出端；所述三个短截线谐振器构成了带阻滤波器，带阻滤波器的上边带为所设计的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)采用窄带基片集成波导带阻滤波器与传统基片集成波导结构相结合，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)该滤波器采用基片集成波导结构，功率容量比较大；(3)高通滤波器结构简单，容易实现。

附图说明

图1是本发明高抑制特性基片集成波导高通滤波器的俯视结构示意图。

图2是本发明高抑制特性基片集成波导高通滤波器与传统基片集成波导结构的S参数比较图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明高抑制特性基片集成波导高通滤波器，包括一段基片集成波导主传输线1，以及嵌入在基片集成波导主传输线1中的三个短截线谐振器2；整个基片集成波导a包括金属贴片a1、介质基片a2、金属通孔a3，在介质基片a2的上、下表面分别设有金属贴片a1，上、下表面的金属贴片a1由金属通孔a3连接；金属贴片a1的输入端一侧通过第一梯形微带渐变线3过渡为第一微带线5、金属贴片a1的输出端一侧通过第二梯形微带渐变线4过渡为第二微带线6，金属贴片a1输入端一侧的第一微带线5是整个滤波器的输入端，金属贴片a1输出端一侧的第二微带线6是整个滤波器的输出端；所述三个短截线谐振器2构成了带阻滤波器，带阻滤波器的上边带为所设计的基片集成波导高通滤波器的截止频率。

所述金属贴片a1两侧的第一微带线5和第二微带线6均为阻抗50欧姆的微带线。所述三个短截线谐振器2的长度均为λ_g/2，相邻短截线谐振器2的间距为3λ_g/4，λ_g为三个短截线谐振器2构成的带阻滤波器的阻带中心频率所对应的波导波长。所述基片集成波导主传输线1的宽度即两排金属通孔a3中心的垂直距离，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为基片集成波导主传输线1的截止频率，v为光在介质基片a2中的传播速度，λ_c为截止频率f_c所对应的波长，a_equ为基片集成波导主传输线1的等效宽度，a_siw为基片集成波导主传输线1的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，ε_r为介质基片a2的介电常数，d为金属通孔a3的直径，p为相邻金属通孔a3圆心之间的距离。

本发明高抑制特性基片集成波导高通滤波器的参数设计过程如下：

(一)调节短截线谐振器2的长度和宽度，以及相邻短截线之间的距离，使得三个短截线谐振器(2)构成带阻滤波器的阻带上边带为所设计的高通滤波器的截止频率；

(二)根据截止频率f_c来确定基片集成波导主传输线1的宽度即两排金属通孔中心的垂直距离，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为基片集成波导主传输线1的截止频率，v为光在介质基片a2中的传播速度，λ_c为截止频率f_c所对应的波长，a_equ为基片集成波导主传输线1的等效宽度，a_siw为基片集成波导主传输线1的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，ε_r为介质基片a2的介电常数，d为金属通孔a3的直径，p为相邻金属通孔a3圆心之间的距离；

(三)在金属贴片a1的两端有两条梯形微带渐变线3、4，优化两条梯形微带渐变线的尺寸，使得一侧微带线5和基片集成波导主传输线1的阻抗匹配，同时使得另一侧微带线6和基片集成波导主传输线1的阻抗匹配；

(四)分别对基片集成波导主传输线1、短截线谐振器2、，以及梯形微带渐变线3、4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本发明一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器，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-40dB。介质基片a2的材料为Roger RT5880，介电常数ε_r＝2.2，介质基片a2厚度H＝0.508mm；金属通孔a3的直径d＝0.5mm，相邻金属通孔a3圆心之间的距离为p＝1mm。

图2是本发明一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器与传统基片集成波导结构的S参数比较图。传统的基片集成波导结构，在截止频率16GHz处没有达到设计指标；本发明中高通滤波器从截止频率16GHz处开始到26GHz都有很好的通带特性，带外插损也满足设计要求。

综上所述，本发明一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器，由一段基片集成波导主传输线，以及嵌入在主传输线中的三个短截线谐振器组成，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 (4)

1.一种高抑制特性基片集成波导高通滤波器，其特征在于，包括一段基片集成波导主传输线(1)，以及嵌入在基片集成波导主传输线(1)中的三个短截线谐振器(2)；整个基片集成波导(a)包括金属贴片(a1)、介质基片(a2)、金属通孔(a3)，在介质基片(a2)的上、下表面分别设有金属贴片(a1)，上、下表面的金属贴片(a1)由金属通孔(a3)连接；金属贴片(a1)的输入端一侧通过第一梯形微带渐变线(3)过渡为第一微带线(5)、金属贴片(a1)的输出端一侧通过第二梯形微带渐变线(4)过渡为第二微带线(6)，金属贴片(a1)输入端一侧的第一微带线(5)是整个滤波器的输入端，金属贴片(a1)输出端一侧的第二微带线(6)是整个滤波器的输出端；所述三个短截线谐振器(2)构成了带阻滤波器，带阻滤波器的上边带为所设计的基片集成波导高通滤波器的截止频率。

2.根据权利要求1所述的高抑制特性基片集成波导高通滤波器，其特征在于，所述基片集成波导主传输线(1)的宽度即两排金属通孔(a3)中心的垂直距离，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为基片集成波导主传输线(1)的截止频率，v为光在介质基片(a2)中的传播速度，λ_c为截止频率f_c所对应的波长，a_equ为基片集成波导主传输线(1)的等效宽度，a_siw为基片集成波导主传输线(1)的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，ε_r为介质基片(a2)的介电常数，d为金属通孔(a3)的直径，p为相邻金属通孔(a3)圆心之间的距离。

3.根据权利要求1所述的高抑制特性基片集成波导高通滤波器，其特征在于，所述金属贴片(a1)两侧的第一微带线(5)和第二微带线(6)均为阻抗50欧姆的微带线。

4.根据权利要求1所述的高抑制特性基片集成波导高通滤波器，其特征在于，所述三个短截线谐振器(2)的长度均为λ_g/2，相邻短截线谐振器(2)的间距为3λ_g/4，λ_g为三个短截线谐振器(2)构成的带阻滤波器的阻带中心频率所对应的波导波长。