CN106571508B - 基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器 - Google Patents

基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，包括介质基片，介质基片的下金属层，介质基片的第一～四上金属层，以及两排金属化通孔；所述第一～四上金属层均为等腰直角三角形，且四个等腰直角三角形的直角相邻拼接为正方形；第一～二馈电微带线与第四上金属层的斜边相接；第三～四馈电微带线与第二上金属层的斜边相接；第一～四缝隙分别位于第一上金属层和第四上金属层、第一上金属层和第二上金属层、第二上金属层和第三上金属层、第三上金属层和第四上金属层的中间。本发明能实现差模信号的传输而且共模抑制性能好，同时因为采用基片集成波导腔体结构，缩减了体积、节省了成本，还兼具低损耗、高功率容量的特点。

Description

基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别是一种基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器。
背景技术
自从基片集成波导的概念提出以来，就受到了国内外学者的广泛关注。基片集成波导由上下金属面、金属间的介质板以及两侧连接金属板的金属化过孔组成，这种平面结构，可以通过PCB工艺来实现。与具有类似工艺的微带结构相比，基片集成波导继承了传统介质填充矩形波导的大部分优点，如插入损耗低、辐射小等，同时还兼备了微带结构的很多优点，如剖面低、易于加工、易于集成等。基片集成波导的这些优点使其被应用到很多微波器件的设计中。
国内外现有的平衡带通滤波器多基于微带线结构设计，存在损耗高、功率容量小的问题；基于基片集成波导技术的平衡带通滤波器设计的研究很少，且采用完整腔体组合的方式实现，体积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现高共模抑制的低损耗、高功率容量的基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，包括介质基片，介质基片的下金属层，介质基片的第一～四上金属层，以及两排金属化通孔；所述第一～四上金属层均为等腰直角三角形，且四个等腰直角三角形的直角相邻拼接为正方形；第一～二馈电微带线与第四上金属层的斜边相接；第三～四馈电微带线与第二上金属层的斜边相接；第一～四缝隙分别位于第一上金属层和第四上金属层、第一上金属层和第二上金属层、第二上金属层和第三上金属层、第三上金属层和第四上金属层的中间。
进一步地，所述第一馈电微带线和第二馈电微带线为一对差分馈电微带线，且二者关于第四上金属层斜边的垂直平分线左右对称分布；所述第三馈电微带线和第四馈电微带线为另一对差分馈电微带线，且二者关于第二上金属层斜边的垂直平分线左右对称分布；同时，第一、二馈电微带线和第三、四馈电微带线关于第一、三上金属层斜边的垂直平分线左右对称分布。
进一步地，所述第一上金属层、介质基片、上排金属化通孔和下金属层形成四分之一基片集成波导腔体，记为上腔体；第三上金属层、介质基片、下排金属化通孔和下金属层形成四分之一基片集成波导腔体，记为下腔体；在第三馈电微带线和第四馈电微带线的输入为差模时，第二上金属层与介质基片和下金属层构成的腔体等效为两个背靠背八分之一基片集成波导腔体结构，记为右腔体；在第一馈电微带线和第二馈电微带线的输入为差模时，第四上金属层与介质基片和下金属层构成的腔体等效为两个背靠背八分之一基片集成波导腔体结构，记为左腔体。
进一步地，所述第一缝隙用来提供左腔体和上腔体之间的耦合，第四缝隙用来提供左腔体和下腔体之间的耦合，第二缝隙用来提供上腔体和右腔体之间的耦合，第三缝隙提供下腔体和右腔体之间的耦合。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)得益于该设计中所采用的结构，一对差分馈电微带线输入为差模信号时，腔体能很好的传递信号；而当输入为共模时，场几乎没有传递，起到了共模抑制的作用；(2)采用四分之一和八分之一基片集成波导腔体，有效的缩小了体积，有利于滤波器的小型化；(3)得益于该设计中所采用的结构，形成的三阶切比雪夫平衡带通滤波器具有低损耗、高功率容量、高集成度的特点，十分适合用于高集成度、低损耗的的通信前端。
附图说明
图1是本发明平衡带通滤波器的立体结构示意图。
图2是本发明平衡带通滤波器的顶部结构示意图。
图3是本发明实施例1的频率响应仿真和测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
结合图1，基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，包括介质基片1，介质基片1的下金属层2，介质基片1的第一～四上金属层3、4、5、6，以及两排金属化通孔7；所述第一～四上金属层3、4、5、6均为等腰直角三角形，且四个等腰直角三角形的直角相邻拼接为正方形；第一～二馈电微带线8、9与第四上金属层6的斜边相接；第三～四馈电微带线10、11与第二上金属层4的斜边相接；第一～四缝隙12、13、14、15分别位于第一上金属层3和第四上金属层6、第一上金属层3和第二上金属层4、第二上金属层4和第三上金属层5、第三上金属层5和第四上金属层6的中间。
进一步地，所述第一馈电微带线8和第二馈电微带线9为一对差分馈电微带线，且二者关于第四上金属层6斜边的垂直平分线左右对称分布；所述第三馈电微带线10和第四馈电微带线11为另一对差分馈电微带线，且二者关于第二上金属层4斜边的垂直平分线左右对称分布；同时，第一、二馈电微带线8、9和第三、四馈电微带线10、11关于第一、三上金属层3、5斜边的垂直平分线左右对称分布。
进一步地，所述第一上金属层3、介质基片1、上排金属化通孔和下金属层2形成四分之一基片集成波导腔体，记为上腔体；第三上金属层5、介质基片1、下排金属化通孔和下金属层2形成四分之一基片集成波导腔体，记为下腔体；在第三馈电微带线10和第四馈电微带线11的输入为差模时，第二上金属层4与介质基片1和下金属层2构成的腔体等效为两个背靠背八分之一基片集成波导腔体结构，记为右腔体；在第一馈电微带线8和第二馈电微带线9的输入为差模时，第四上金属层6与介质基片1和下金属层2构成的腔体等效为两个背靠背八分之一基片集成波导腔体结构，记为左腔体。
进一步地，四条金属层间的缝隙用来耦合相邻两个腔体，以实现三阶切比雪夫滤波响应的内部耦合，具体为：所述第一缝隙12用来提供左腔体和上腔体之间的耦合，第四缝隙15用来提供左腔体和下腔体之间的耦合，第二缝隙13用来提供上腔体和右腔体之间的耦合，第三缝隙14提供下腔体和右腔体之间的耦合。
实施例1
结合图1和图2，本发明基于基片集成波导的小型化平衡带通滤波器，包括一层介质基片1，采用Rogers RO3010介质板设计，介质厚度为25mil，相对介电常数为10.2。上金属层上下两块等腰直角三角形第一上金属层3、第三上金属层5的斜边长度为21.58mm，上面一排通孔到对称中心虚线的距离为10.8mm，下面一排通孔到对称中心虚线的距离为10.8mm，上层金属片之间的第一～四缝隙12、13、14、15宽度均为0.3mm，第一～二馈电微带线8、9的中心到对称中心虚线的距离为4.312mm，第三～四馈电微带线10、11的中心到对称中心虚线的距离为4.212mm。
在介质基片1上设置多个圆形的金属化通孔7的孔直径为0.6mm，孔间距为1mm。两对差分馈电微带线的宽度均为0.584mm。
图3为该滤波器频率响应曲线的仿真和测试结果。在图中可看出，Sdd11、Sdd21为输入为差模信号时的频率响应；Scc21为输入为共模信号时的频率响应。差模通带的中心频率为3.09GHz，-3dB带宽为480MHz，最小插损为1.28dB，差模通带内的回波损耗优于20dB，差模通带内的共模抑制大于55dB，1到5GHz频率范围内的共模抑制大于22dB。
本发明提出的平衡带通滤波器不仅能实现差模信号的传输而且在共模抑制性能上也有很好的表现，同时因为采用四分之一基片集成波导腔体和八分之一基片集成波导腔体结构，缩减了体积、节省了成本，还兼具低损耗、高功率容量的特点。

Claims (4)

1.一种基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，其特征在于，包括介质基片（1），介质基片（1）的下金属层（2），介质基片（1）的第一~四上金属层（3、4、5、6），以及两排金属化通孔（7），其中两排金属化通孔（7）包括上排金属化通孔、下排金属化通孔；所述第一~四上金属层（3、4、5、6）均为等腰直角三角形，且四个等腰直角三角形的直角相邻拼接为正方形；第一~二馈电微带线（8、9）与第四上金属层（6）的斜边相接；第三~四馈电微带线（10、11）与第二上金属层（4）的斜边相接；第一~四缝隙（12、13、14、15）分别位于第一上金属层（3）和第四上金属层（6）、第一上金属层（3）和第二上金属层（4）、第二上金属层（4）和第三上金属层（5）、第三上金属层（5）和第四上金属层（6）的中间。
2.根据权利要求1所述的基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一馈电微带线（8）和第二馈电微带线（9）为一对差分馈电微带线，且二者关于第四上金属层（6）斜边的垂直平分线左右对称分布；所述第三馈电微带线（10）和第四馈电微带线（11）为另一对差分馈电微带线，且二者关于第二上金属层（4）斜边的垂直平分线左右对称分布；同时，第一、二馈电微带线（8、9）和第三、四馈电微带线（10、11）关于第一、三上金属层（3、5）斜边的垂直平分线左右对称分布。
3.根据权利要求2所述的基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一上金属层（3）、介质基片（1）、上排金属化通孔和下金属层（2）形成四分之一基片集成波导腔体，记为上腔体；第三上金属层（5）、介质基片（1）、下排金属化通孔和下金属层（2）形成四分之一基片集成波导腔体，记为下腔体；在第三馈电微带线（10）和第四馈电微带线（11）的输入为差模时，第二上金属层（4）与介质基片（1）和下金属层（2）构成的腔体等效为两个背靠背八分之一基片集成波导腔体结构，记为右腔体；在第一馈电微带线（8）和第二馈电微带线（9）的输入为差模时，第四上金属层（6）与介质基片（1）和下金属层（2）构成的腔体等效为两个背靠背八分之一基片集成波导腔体结构，记为左腔体。
4.根据权利要求3所述的基于四分之一和八分之一模基片集成波导平衡带通滤波器，其特征在于，所述第一缝隙（12）用来提供左腔体和上腔体之间的耦合，第四缝隙（15）用来提供左腔体和下腔体之间的耦合，第二缝隙（13）用来提供上腔体和右腔体之间的耦合，第三缝隙（14）提供下腔体和右腔体之间的耦合。
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Assignee: Shanghai Sogo Communication Technology Co., Ltd.

Assignor: NANJING University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

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Denomination of invention: Integrated Waveguide Balanced Bandpass Filters Based on Quarter- and Eighth-Mode Substrates

Granted publication date: 20190416

License type: Common License

Record date: 20220802

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