CN108493531B - 一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器 - Google Patents

一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，包括一个三角形谐振腔，所述谐振腔包括从上到下依次平行分布的顶层金属层、介质基片以及底层金属层，在所述介质基片上排布三排分别平行于三边的金属柱通孔，在所述顶层金属层两边中点与顶点中间位置分别延伸出一段微带传输线，在所述顶层金属层的中心位置设置有一个互补开口谐振环结构，通过微带线的连接位置以及谐振环的相关参数，将谐振环的等效谐振频率调至主模与简并模之间，可实现滤波器三通带性能，并且每个通带两侧均有传输零点产生，可以有效抑制带外谐波，频率选择性高，可以在单腔的基础上实现三通带的滤波效果，符合现代无线通信的小型化，高性能的要求。

Description

一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器
技术领域
本发明涉及一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，属于微波技术领域。
背景技术
随着现代微波系统的发展，基片集成波导(SIW：Substrate IntegratedWaveguide)因其具有的高品质因数、低损耗、尺寸小、可以运行高功率容量等优点，受到了广泛关注。过去数十年中，已经有大量文献对各种各样基片集成波导滤波器进行了研究。同时，随着现代无线通信系统的发展，双通带和多通带滤波器在现代微波频段电路中起着至关重要的作用。然而，这些年关于在基片集成波导技术设计多通带滤波器的研究很少。同时目前关于多通带滤波器的研究中，利用级联和折叠技术的滤波器性能高，但是尺寸太大；而小型化的滤波器性能较差，尤其带外抑制较差。与传统的基片集成波导多通带滤波器相比，利用三角形基片集成波导技术在微波电路中更易于集成，在微波电路领域很有发展前景。
目前现代通信技术中，毫米波器件的发展进入高性能，小型化的趋势。如何在保证多通带毫米波滤波器尺寸小的基础上提高滤波器的频带性能，成为该领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，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，通过同时调整微带位置和互补开口谐振环的参数，将谐振环的等效谐振频率调至谐振腔的主模和简并模之间，在单振腔基础上实现三通带滤波器的设计。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，包括一个三角形谐振腔，所述谐振腔包括从上到下依次平行分布的顶层金属层、介质基片以及底层金属层，在所述介质基片上排布三排分别平行于三边的金属柱通孔，在所述顶层金属层两边中点与顶点中间位置分别延伸出一段微带传输线，所述微带传输线延伸至所述介质基片边缘，且垂直于所述介质基片的边，所述微带传输线与所述顶层金属层加载有一段共面波导过渡结构，在所述顶层金属层的中心位置设置有一个互补开口谐振环结构，所述互补开口谐振环关于所述谐振腔中垂线对称，所述互补开口谐振环由内外两个三角形的开口环形结构构成，内环与外环的三边分别与所述谐振腔三边平行，其中外环开口在底边的中心位置，内环开口在上顶角位置，内环与外环的开口大小相同，内环与外环的宽度与两者之间的距离相等。
所述谐振腔还设有两个干扰金属化通孔，2个所述干扰金属化通孔关于所述谐振腔中垂线对称分布，分别位于所述谐振腔内的2个底角对应的中线上，并处于底边两顶点与谐振环之间。
所述共面波导过渡结构为所述微带传输线与所述顶层金属层连接处两边开设的细槽。
所述细槽为L形。
所述顶层金属层覆盖所述谐振腔大小，所述底层金属层覆盖所述介质基片大小。
所述顶层金属层、所述介质基片以及所述底层金属层均为等边三角形。
两条所述微带传输线阻抗均为50欧姆。
所述介质基片为Rogers 5880介质板。
本发明所达到的有益效果：
(1)本发明利用调整微带传输线与三角形基片集成波导多模谐振腔的连接位置，同时引入三角形互补开口谐振环结构，将谐振环的等效谐振频率调至主模与简并模之间，产生三个通带，并且每个通带两侧均有传输零点出现，这大大提升了三通带滤波器的带外性能。
(2)本发明利用两个作为干扰用的金属化通孔，通过调整所述两个金属通孔的位置来进一步调节该三通带滤波器的传输零点的位置，从而进一步提升该滤波器的带外抑制性能。
(3)本发明利用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来提升通带内的性能，这样在保证滤波器尺寸不变的情况下减小带内损耗。
(4)本发明主要结构就是一个等边三角形多模谐振腔滤波器加载一个三角形互补谐振环结构，通过改变微带的位置和谐振环的尺寸对滤波器的通带进行调节，满足了滤波器的高性能，小型化的要求。
附图说明
图1是本发明三维结构示意图；
图2是本发明结构俯视图；
图3是本发明中互补开口谐振环的结构示意图；
图4是本发明实施例中S参数仿真波形图；
附图标记说明：顶层金属层1、介质基片2、底层金属层3、微带传输线4、共面波导过渡结构5、金属化通孔6、三角形互补开口谐振环7、干扰金属化通孔8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图2所示，一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，包括一个等边三角形谐振腔，谐振腔包括从上到下依次平行分布的顶层金属层1、介质基片2以及底层金属层3，其中顶层金属层1覆盖谐振腔大小，底层金属层3覆盖介质基片2大小，顶层金属层1、介质基片2以及底层金属层3均为等边三角形，介质基片采用Rogers 5880介质板，介电常数为2.2，厚度为0.508毫米，在介质基片2上排布三排分别平行于三边的金属柱通孔6，在顶层金属层1两边上至顶点约1/3处分别延伸出一段微带传输线4，微带传输线4延伸至介质基片2边缘，且垂直于介质基片2的边，微带传输线4与顶层金属层1连接处两边开设有L型的细槽5，两条微带传输线4阻抗均为50欧姆，在顶层金属层1的中心位置设置有一个互补开口谐振环结构，如图3所示，互补开口谐振环关于谐振腔中垂线对称，互补开口谐振环由内外两个等三角形的开口环形结构构成，外环边长约占谐振腔边长的1/7，内环与外环的三边分别与谐振腔三边平行，其中外环开口在底边的中心位置，内环开口在上顶角位置，内环与外环的开口大小相同，内环与外环的宽度与两者之间的距离相等，在谐振腔内底角附近设有两个干扰金属化通孔8，2个干扰金属化通孔8关于谐振腔中垂线对称分布，位于谐振腔内的2个底角对应的中线上，并处于底边两顶点与谐振环之间。
图4为本发明三通带滤波器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，证明了本发明通过调整微带传输线的位置同时引入三角形互补开口谐振环可以得到三个通带，每个通带的中心工作频率分别为11.22GHz、14.26GHz和18GHz，相对带宽分别为6％、5％和7％，回波损耗均在-28dB以下，传输零点在-30dB以下，三个通带两侧均有传输零点出现，说明三个通带之间隔离性很好，具有较高的频率选择性，带外抑制性能优秀。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，包括一个三角形谐振腔，所述谐振腔包括从上到下依次平行分布的顶层金属层（1）、介质基片（2）以及底层金属层（3），在所述介质基片（2）上排布三排分别平行于三边的金属柱通孔（6），在所述顶层金属层（1）两边中点与顶点中间位置分别延伸出一段微带传输线（4），所述微带传输线（4）延伸至所述介质基片（2）边缘，且垂直于所述介质基片（2）的边，所述微带传输线（4）与所述顶层金属层（1）加载有一段共面波导过渡结构，在所述顶层金属层（1）的中心位置设置有一个互补开口谐振环结构，所述互补开口谐振环关于所述谐振腔中垂线对称，所述互补开口谐振环由内外两个三角形的开口环形结构构成，内环与外环的三边分别与所述谐振腔三边平行，其中外环开口在底边的中心位置，内环开口在上顶角位置，内环与外环的开口大小相同，内环与外环的宽度与两者之间的距离相等，所述谐振腔还设有两个干扰金属化通孔（8），2个所述干扰金属化通孔（8）关于所述谐振腔中垂线对称分布，分别位于所述谐振腔内的2个底角对应的中线上，并处于底边两顶点与谐振环之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，所述共面波导过渡结构为所述微带传输线（4）与所述顶层金属层（1）连接处两边开设的细槽（5）。
3.根据权利要求2所述的一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，所述细槽（5）为L形。
4.根据权利要求3所述的一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，所述顶层金属层（1）覆盖所述谐振腔大小，所述底层金属层（3）覆盖所述介质基片（2）大小。
5.根据权利要求4所述的一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，所述顶层金属层（1）、所述介质基片（2）以及所述底层金属层（3）均为等边三角形。
6.根据权利要求5所述的一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，两条所述微带传输线（4）阻抗均为50欧姆。
7.根据权利要求5所述的一种基于互补开口谐振环的集成基片波导三通带滤波器，其特征是，所述介质基片为Rogers 5880介质板。
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