CN108400411B - 基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，包括呈等边三角形的谐振腔，所述谐振腔由依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成，所述上表面金属层通过其底部的金属柱，穿过介质基片与下表面金属接地板相连通；所述上表面金属层的中心位置设有呈三角形的互补开口谐振环结构。其中，将该三角形互补开口谐振环加载于含有一对简并模式的三角形谐振腔中，互补开口谐振环会产生一个通带，通过调节谐振环的参数将其产生的通带调至谐振腔的一对简并模式附近，可提升该滤波器的带宽。在谐振腔内开圆型干扰金属化通孔可以进一步调整该带通滤波器的传输零点，从而更有效地抑制带外谐波。本发明不仅结构简单，便于加工，并且低频端与高频端同时存在传输零点，可以有效抑制带外谐波，有较高的频率选择性，性能优越。
Description
技术领域
本发明涉及一种带通滤波器，尤其是一种基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导的带通滤波器，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，通信设备不断向着小型化、低成本、高性能的方向发展。早期微波系统中，传统金属波导因其自身拥有较高的品质因数，高功率容量，损耗又较低的优点得到广泛的应用。但同时金属波导因其体积大、加工成本高的缺点，在现代微波系统中难以集成。
为了克服上述缺点，近些年，基片集成波导（SIW：Substrate IntegratedWaveguide）因其具有高品质因数、高功率容量、低损耗、尺寸小、易于加工等优点，在微波、毫米波系统中得到广泛的应用。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研究，而对于三角形基片集成波导的研究还是不足，同时对于三角形多模谐振腔滤波器的研究更是不足。与传统的基片集成波导相比，三角形基片集成波导结构更紧凑、易于布局组合集成，在微波电路领域很有发展前景。
随着频率范围的不断提高，现代通信技术对毫米波器件小型化的要求将不断提高。目前针对多模基片集成波导的研究主要集中在多层，多个谐振腔级联的方法，而为了满足毫米波器件小型化，高性能的要求，如何在单层单一谐振腔的基础上提高滤波器的频带带宽，提高性能，成为该领域日益需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，利用三角形多模基片集成波导谐振腔上加载三角形互补开口谐振环，将其等效谐振频率调至谐振腔的一对简并模附近，在原单一谐振腔不变的基础上提高滤波器的频带带宽。
为了达到以上目的，本发明提供了一种基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，包括呈等边三角形的谐振腔，所述谐振腔由依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成，所述上表面金属层通过其底部的金属柱，穿过介质基片与下表面金属接地板相连通；
所述上表面金属层的两侧边沿其中线末端分别向外延伸形成微带传输线，所述微带传输线分别垂直贴合于介质基片相对应的侧边，且微带传输线与上表面金属层的交界处分别加载有共面波导过渡结构；所述上表面金属层的中心位置设有呈三角形的互补开口谐振环，所述互补开口谐振环由内外两个等边三角形的开口环形结构构成，且两个等边三角形的对应边相平行；外层开口环形结构的开口设于其底边的中心位置，内层环形结构的开口设于其上顶角位置，且内外层环形结构的开口大小相同，两个三角形谐振环的三条边分别与其对应的谐振腔的三条边平行。
本发明的进一步限定技术特征为：所述内外层环形结构的宽度与两者之间的距离相等。所述互补开口谐振环关于三角形底边对应的高呈左右对称结构。
进一步的，所述介质基片上，沿其三条边排布有用于穿过金属柱的圆柱型金属化通孔；所述圆柱型金属化通孔的轴线与介质基片的边在同一平面内相互垂直，且所述圆柱型金属化通孔与金属柱的高度相同。
进一步的，所述介质基片的底边对应的中垂线上设有一个用作干扰柱的金属化通孔，所述金属化通孔设置在所述等边三角形基片集成波导谐振腔内。
进一步的，所述微带传输线与上表面金属层交界处设有L型开槽，所述开槽以微带传输线为中线对称分布。
进一步的，所述微带传输线的特性阻抗为50欧姆。
进一步的，所述介质基片为等边三角形，其下表面为金属接地板，所述金属接地板覆盖整个介质基片下表面。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明利用含有一对简并模式的三角形基片集成波导谐振腔引入三角形互补谐振环结构，将其等效谐振频率调至谐振腔的一对简并模式附近，在单一谐振腔不变的基础上提高了滤波器的频带带宽，同时新产生了传输零点，使得滤波器在高频与低频处均出现传输零点，尤其在高频端出现两个传输零点，大大提升了频率选择性和带外抑制性能。
（2）本发明利用作为干扰的金属化通孔，通过调整所述金属通孔的位置来进一步调整该滤波器的传输零点的位置，从而进一步提高滤波器的带外抑制性能。
（3）本发明中两条所述微带线分别通过一个共面波导过渡结构接入等边三角形基片集成波导谐振腔，提升通带内的性能，减小了带内差损，并且对整体结构没有影响。
（4）本发明主要结构就是一个等边三角形多模谐振腔加载三角形互补谐振环结构，从而得到一个性能较好的滤波器。整体结构简单，易于加工，同时滤波器性能较好，频带带宽得到提升，带外抑制性能优秀。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的三维分层结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明中开口互补谐振环的结构示意图。
图4为本发明中S参数仿真波形图。
标号说明：1-上表面金属层，2-介质基片，3-下表面金属接地板，4-微带传输线，5-共面波导过渡，6-圆柱型金属化通孔，7-三角形互补开口谐振环，8-干扰金属化通孔。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于三角形互补开口谐振环的基片集成波导带通滤波器，结构如图1至图3所示，包括呈等边三角形的谐振腔，所述谐振腔由依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成。
其中，介质基片上，沿其三条边排布有用于穿过金属柱的圆柱型金属化通孔，且圆柱型金属化通孔的轴线与介质基片的边在同一平面内相互垂直。而在上表面金属层的底部设有一排等距离排列的具有相同直径的金属柱，金属柱与介质基片等高。上表面金属层通过该金属柱，穿过介质基片与下表面金属接地板相连通。同时，在三角形谐振腔内的顶角附近设置一个作为干扰柱的圆柱型金属化通孔，连接上下表层的金属面，位于底边所对应的中垂线上。
如图2所示，上表面金属层的两侧边沿其中线末端分别向外延伸延伸出一段微带传输线至介质基片的边沿，且微带传输线垂直于介质基片的边。而在微带传输线与上表面金属层的交界处还分别加载有共面波导过渡结构，通过共面波导结构接入等边三角形基片集成波导谐振腔。在本实施例中，两条微带传输线与三角形谐振腔两条边的连接处均设有细槽，即为共面波导过渡结构。
如图3所示，上表面金属层的中心位置设有呈三角形的互补开口谐振环，该互补开口谐振环由内外两个等边三角形的开口环形结构构成，并关于三角形底边对应的高呈左右对称结构。且两个等边三角形的对应边相平行；外层开口环形结构的开口设于其底边的中心位置，内层环形结构的开口设于其上顶角位置，且内外层环形结构的开口大小相同，两个三角形谐振环的三条边分别与其对应的谐振腔的三条边平行。同时，内外层环形结构的宽度与两者之间的距离相等。
本发明的实施例中，介质基板采用Rogers 5880介质板，介电常数为2.2，厚度为0.508毫米。
图4是本发明带通滤波器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），虚线表示滤波器电磁波传输系数与频率的关系，实线表示滤波器电磁波反射系数与频率的关系，证明了在三角形谐振腔中引入三角形互补开口谐振环可以增大带宽，同时在高低频处均能产生传输零点，大大提升带外抑制性能。
由图4可知，本实施例的带通滤波器性能很好，中心工作频率为16.6GHz，相对带宽达到16%，带内最小插入损耗为-0.4dB左右，回波损耗在-18dB以下，传输零点在-30dB以下，通带两侧均有传输零点出现，尤其高频端出现两个传输零点，说明该滤波器拥有相对较宽的带宽，较高的频率选择性同时带外抑制谐波功能较强。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：包括呈等边三角形的谐振腔，所述谐振腔由依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成，所述上表面金属层通过其底部沿其三条边排布的金属柱，穿过介质基片与下表面金属接地板相连通，所述介质基片的底边对应的中垂线上设有一个用作干扰柱的金属化通孔，所述金属化通孔设置在所述等边三角形基片集成波导谐振腔内；
所述上表面金属层的两侧边沿其中线末端分别向外延伸形成微带传输线，所述微带传输线分别垂直贴合于介质基片相对应的侧边，且微带传输线与上表面金属层的交界处分别加载有共面波导过渡结构；所述上表面金属层的中心位置设有呈三角形的互补开口谐振环，所述互补开口谐振环由内外两个等边三角形的开口环形结构构成，并关于三角形底边对应的高呈左右对称结构，且两个等边三角形的对应边相平行：外层开口环形结构的开口设于其底边的中心位置，内层环形结构的开口设于其上顶角位置，且内外层环形结构的开口大小相同，两个三角形谐振环的三条边分别与其对应的谐振腔的三条边平行；同时，内外层环形结构的宽度与两者之间的距离相等。
2.根据权利要求1所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述内外层环形结构的宽度与两者之间的距离相等。
3.根据权利要求1所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述互补开口谐振环关于三角形底边对应的高呈左右对称结构。
4.根据权利要求1所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述介质基片上，沿其三条边排布有用于穿过金属柱的圆柱型金属化通孔；所述圆柱型金属化通孔的轴线与介质基片的边在同一平面内相互垂直。
5.根据权利要求4所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述圆柱型金属化通孔与金属柱的高度相同。
6.根据权利要求1所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述微带传输线与上表面金属层交界处设有L型开槽，所述开槽以微带传输线为中线对称分布，通过所述开槽构成共面波导过渡结构。
7.根据权利要求1所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述微带传输线的特性阻抗为50欧姆。
8.根据权利要求1所述的基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器，其特征在于：所述介质基片下表面金属层作为接地板，所述金属接地板覆盖整个介质基片下表面。
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