CN106450609A - 一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器 - Google Patents

一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器 Download PDF

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付学东
饶家宇
汪海婷
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Abstract

本发明涉及一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，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圆形第一、二、三、四谐振腔；第一、二谐振腔之间设有第一磁耦合，第二、三谐振腔设有第二磁耦合，第三、四谐振腔设有第三磁耦合，所述磁耦合通过感性窗口实现，并且在感性窗口处刻蚀П型槽线以增大感性耦合窗口处的耦合强度；在第一和第四谐振腔相邻处上下表面刻蚀反向S型槽线实现电耦合。本发明的有益效果为：此带通滤波器具有结构紧凑，选择性强，性能稳定且易于系统集成的特点。

Description

一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器
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领域。
背景技术
近些年提出多种基片集成波导滤波器，基片集成波导滤波器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、易于加工维护和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。刻蚀在基片集成波导上表面用于增强两个谐振腔之间磁场耦合系数的П型槽线已经在矩形基片集成波导中应用十分普遍，同样刻蚀在两个相邻谐振腔相邻处上下表面用来引入电耦合的对称S型槽线在矩形基片集成波导中应用十分普遍。但是在圆形基片集成波导基础上П型槽线和S型槽线还没有应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，兼具传统基片集成波导滤波器各种优点，使结构更加新颖，选择性更强。
本发明的技术方案：一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，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刻蚀有П型槽线或S型槽线的圆形基片集成波导第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔；所述金属通孔贯穿介质基片和上下表面金属贴片；第一谐振腔、第二谐振腔之间设有第一磁耦合，第二谐振腔、第三谐振腔之间设有第二磁耦合，第三谐振腔、第四谐振腔之间设有第三磁耦合，所述磁耦合通过感性窗口实现，并且在感性窗口处刻蚀П型槽线以增大感性耦合窗口处的耦合强度；第一谐振腔和第四谐振腔相邻处上表面金属贴片和下表面金属贴片刻蚀反向S型槽线引入电耦合，从而实现了交叉耦合。第一谐振腔和第四谐振腔的耦合使滤波器产生了两个传输零点，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：相比传统四腔耦合滤波器，在圆形基片集成波导基础上第一次应用П型槽线和S型槽线使滤波器的结构更加新颖、紧凑。通带内插入损耗优于-1.2dB，通带内回波损耗优于-20dB，在8.1 GHz 和9.25 GHz处分别产生了一个传输零点，极大的提高了下阻带和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：圆形基片集成波导谐振腔上表面金属贴片1、П型槽线2、金属通孔3、介质基片4、下表面金属贴片5、输入端口6、第一谐振腔7、第二谐振腔8、第三谐振腔9、第三谐振腔10、输出端口11、S型槽线12。
具体实施方式
基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，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1、5和金属通孔3，所述的金属通孔3贯穿介质基片4和上下表面金属贴片1、5。如图1所示为单个圆形基片集成波导谐振腔，谐振腔的谐振频率主要由圆形谐振腔的半径R决定。
如图2所示本发明是以四个表面刻蚀П型槽线或S型槽线的圆形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6、输出端口11、第一谐振腔7、第二谐振腔8、第三谐振腔9、第四谐振腔10。；第一谐振腔7、第二谐振腔8之间设有第一磁耦合，第二谐振腔8、第三谐振腔9之间设有第二磁耦合，第三谐振腔9、第四谐振腔10之间设有第三磁耦合，所述磁耦合通过感性窗口实现，并且在感性窗口处刻蚀П型槽线2以增大感性耦合窗口处的耦合强度；第一谐振腔7和第四谐振腔10相邻处上表面金属贴片1和下表面金属贴片5刻蚀反向S型槽线12引入电耦合，从而实现了交叉耦合。滤波器的输入端口6、输出端口11分别连接第一谐振腔7和第四谐振腔10。输入输出端口6、11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圆形谐振腔的半径R1决定，和用来调节第一和第二谐振腔7、8与第三和第四谐振腔9、10的耦合强度，用来调节第二和第三谐振腔8、9的耦合强度，b和c用来调节第一和第四谐振腔的耦合强度，决定了滤波器传输零点的位置。输入端口6和输出端口11分别与第一谐振腔7和第四谐振腔10相连，其特征阻抗为50欧姆。
本实例中，选用的介质基片相对介电常数为6.15，厚度为0.635；如图2中各几何参数分别为：， ，，，，，，，，，，，。
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8.6GHz，相对带宽为7%，通带内插入损耗优于-1.2dB，通带内回波损耗优于-20dB，在8.1GHz和 9.25 GHz分别出现了一个传输零点，极大的提高了下阻带和上阻带的频率选择性。
本发明是一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，该滤波器相比传统四腔耦合滤波器，在圆形基片集成波导基础上第一次应用П型槽线和S型槽线来设计带通滤波器滤波器，П型槽线的引入增强了相邻谐振腔的磁场耦合强度，S型槽线的引入使滤波器产生了交叉耦合，使得通带两侧各出现一个传输零点，具有较好的频率选择性，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 (2)

1.一种基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，其特征在于：以圆形基片集成波导作为基本谐振单元，刻蚀П型槽线（2）或S型槽线（12），该滤波器包括：输入端口（6）、输出端口（11）、第一谐振腔（7）、第二谐振腔（8）、第三谐振腔（9）、第四谐振腔（10）；第一谐振腔（7）、第二谐振腔（8）之间设有第一磁耦合，第二谐振腔（8）、第三谐振腔（9）之间设有第二磁耦合，第三谐振腔（9）、第四谐振腔（10）之间设有第三磁耦合，所述磁耦合通过感性窗口实现，并且在感性窗口处刻蚀П型槽线（2）以增大感性耦合窗口处的耦合强度；第一谐振腔（7）和第四谐振腔（10）相邻处上表面金属贴片（1）和下表面金属贴片（5）刻蚀反向S型槽线（12）引入电耦合；滤波器的输入端口 （6）、输出端口（11） 分别连接第一谐振腔（7）和第四谐振腔（10）； 输入输出端口（6、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 所述的基于圆形基片集成波导谐振腔的交叉耦合带通滤波器，其特征在于：该滤波器由四个在圆形基片集成波导刻蚀П型槽线或S型槽线的谐振腔构成，单个谐振腔利用圆形基片集成波导，在其上金属表面上（1）在两个谐振腔的感性耦合窗口处刻蚀П型槽线（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的金属贴片（1）、下表面的金属贴片（5） 和金属通孔（3），所述的金属通孔（ 3） 贯穿介质基片（4） 和上下表面金属贴片（1、 5）；第一谐振腔7和第四谐振腔10相邻处上表面金属贴片（1）和下表面金属贴片（5）刻蚀反向S型槽线（12）。
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