CN106654495B - 一种x波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器 - Google Patents

一种x波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，在介质基板一侧设计输入输出结构和基片集成波导同轴滤波单元，另一侧为地板；所述的输入输出结构包括输入端和输出端；输入端采用二级T型阶梯阻抗匹配网络转共面波导馈电结构；所述的基片集成波导同轴滤波单元由两级基片集成波导同轴谐振腔级联而成，谐振腔间通过开口耦合能量；两个输出端均为共面波导转微带结构，两个输出端之间接一个100欧姆电阻。本发明具有更高的无载品质因数，对于改善器件的插入损耗及减小器件尺寸具有显著的效果，特别是较高频率下的窄带应用，性能指标均有显著改善，对于现代雷达系统的小型化以及成本控制有明显的效果。

Description

一种X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器
技术领域
本发明涉及一种滤波功分器，主要用于现代雷达通信系统前端对信号的频率选择及功率分配。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线通信设备的小型化成为未来发展的必然趋势。作为构成无线通信系统前端必不可少的器件，滤波器及功分器的小型化设计具有重要的研究价值及商业价值。目前，单一滤波器和功分器的小型化研究已经取得一定的成果，相关的资料也较为全面。但是如果要进一步缩小设备的体积，则需要从系统层面考虑进行设计，由于滤波器和功分器一般会配合使用，因此学术界提出一种新的设计思路——将滤波器和功分器的功能整合起来作为一个器件设计，从而得到更明显的尺寸缩减。
基片集成波导由于其综合了微带平面电路便于集成及波导高无载品质因数的特性，基片集成波导同轴腔是在平面电路上实现同轴腔特性，相比同频率常规基片集成波导腔具有更小的尺寸。将基片集成波导同轴腔应用到小型化滤波功分器的设计中，具有广阔的应用前景与实用价值。
Chen Ding等人在《Compact Filtering Power Divider with Improved Out-of-Band Performance》一文中提出一种由CQ滤波单元组成的滤波功分器，但其采用的常规微带谐振器，相比基片集成波导同轴谐振器无载品质因数低且尺寸偏大，在窄带应用时具有较大的插入损耗损。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，能够减小器件尺寸及插入损耗，降低产品成本，可用于现代雷达通信系统的小型化设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，包括介质基板、输入输出结构和基片集成波导同轴滤波单元。
所述的介质基板为双面覆铜板，顶层为输入输出结构和基片集成波导同轴滤波单元，底层为地板；所述的输入输出结构包括输入端和输出端；所述的输入端采用二级T型阶梯阻抗匹配网络转共面波导馈电结构；所述的基片集成波导同轴滤波单元由两级基片集成波导同轴谐振腔级联而成，谐振腔间通过开口耦合能量；两个输出端均为共面波导转微带结构，两个输出端之间接一个100欧姆电阻。
所述介质基板的厚度为1.5mm，介电常数等于3.55，损耗角正切为0.0027。
所述的共面波导馈电结构由两个对称分布在覆铜层上的倒置L型槽及一段微带线构成；两个倒置L型槽的直角相对且有一条直角边平行，平行的两条直角边位于微带线结构两侧。
所述的基片集成波导同轴谐振腔由直径为0.5mm的金属化过孔等间距排成方形腔，方形腔中心为直径0.8mm的金属化过孔，金属化过孔外圈为覆铜层上的圆环槽；两级谐振腔间通过过孔壁的开口耦合能量。
本发明的有益效果是：将传统的滤波器和功分器融合为一个器件设计，并且采用基片集成波导同轴腔作为谐振器，相比于传统微带谐振器和传统基片集成波导谐振器，具有更高的无载品质因数，对于改善器件的插入损耗及减小器件尺寸具有显著的效果。相比于同类设计，特别是较高频率下的窄带应用，性能指标均有显著改善，对于现代雷达系统的小型化以及成本控制有明显的效果。
附图说明
图1是本发明的顶层版图；
图2是本发明的底层版图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供一种基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，包括介质基板、输入输出结构、基片集成波导同轴滤波单元。
所述介质基板为双面覆铜板，顶层为主要电路结构，底层为地板；输入端采用二级T型阶梯阻抗匹配网络转共面波导馈电结构；基片集成波导同轴滤波单元由两级基片集成波导同轴谐振腔级联而成，谐振腔间通过开口过孔壁耦合能量；两个输出端馈电结构均为共面波导转微带结构，输出端之间串联一个100欧姆电阻，用以平衡输出端电流，增加输出端的隔离度。
所述介质基板厚度为1.5mm，介电常数等于3.55、损耗角正切为0.0027的双面覆铜板。
所述共面波导馈电结构由两个对称分布在覆铜层上的倒置L型槽及一段微带线构成。
所述基片集成波导同轴谐振腔由直径为0.5mm的金属化过孔等间距排成方形腔，方形腔中心为直径0.8mm的金属化过孔及覆铜层上的圆环槽。谐振腔间通过开口过孔壁耦合能量。
本发明实例的基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器的介质基板为一块大小34mm*19.5mm、厚1.5mm的双面覆铜RO4003微带板9。顶层由三部分构成：位于上方的两个输出端、位于中部的四个加载圆形槽的方形同轴腔以及位于下方的T型输入端；底层为与顶层位置相对应的金属过孔。
四个加载圆形槽的方形同轴腔构成滤波功分器的谐振选频结构，方形同轴腔的中心为圆形金属化过孔，构成同轴谐振腔的内导体。方形同轴腔之间采用开口金属过孔壁10作为耦合结构。方形腔的两端为共面波导转微带馈电结构，输入输出共面波导末端对称加载的两个倒置L型槽用来调节外部Q值。输入端采用T型阶梯阻抗匹配网络转共面波导以达到更好的匹配效果。两输出端微带部分由一个100欧姆电阻6连接，以平衡非理想状况下的非对称输出。
构成方形腔的圆形金属过孔1直径均为0.5mm，相邻两过孔间的距离为0.5mm；加载的圆形槽3宽度为0.15mm，圆形槽的内径为2.2mm；方形同轴腔中心圆形金属过孔2直径为0.8mm；L型槽4的宽度为0.1mm；输入输出微带线7、8宽2.4mm，T型阶梯阻抗匹配结构5垂直于输入输出方向的部分长度为11mm，宽为1.8mm。输入输出端过孔壁开口尺寸为4.4mm；方形同轴腔间的开口过孔壁10开口尺寸为2.6mm。
实例最终在尺寸为34mm*19.5mm*1.5mm的微带板上实现了X波段相对带宽为1.4％的基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器。通带(包含功分引入的3dB)的最大插入损耗为6.9dB，通带内各端口回波损耗均在20dB以上，输出端最小隔离度为15dB，两输出端同频幅度差最大为0.5dB，相位差最大为5度。

Claims (4)

1.一种X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，包括介质基板、输入输出结构和基片集成波导同轴滤波单元，其特征在于：所述的介质基板为双面覆铜板，顶层为输入输出结构和基片集成波导同轴滤波单元，底层为地板；所述的输入输出结构包括输入端和输出端；所述的输入端采用二级T型阶梯阻抗匹配网络转共面波导馈电结构；所述的基片集成波导同轴滤波单元由两级基片集成波导同轴谐振腔级联而成，谐振腔间通过开口耦合能量；两个输出端均为共面波导转微带结构，两个输出端之间接一个100欧姆电阻。
2.根据权利要求1所述的X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，其特征在于：所述介质基板的厚度为1.5mm，介电常数等于3.55，损耗角正切为0.0027。
3.根据权利要求1所述的X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，其特征在于：所述的共面波导馈电结构由两个对称分布在覆铜层上的倒置L型槽及一段微带线构成；两个倒置L型槽的直角相对且有一条直角边平行，平行的两条直角边位于微带线结构两侧。
4.根据权利要求1所述的X波段基于基片集成波导同轴腔的滤波功分器，其特征在于：所述的基片集成波导同轴谐振腔由直径为0.5mm的金属化过孔等间距排成方形腔，方形腔中心为直径0.8mm的金属化过孔，金属化过孔外圈为覆铜层上的圆环槽；两级谐振腔间通过过孔壁的开口耦合能量。
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