CN109599644B - 一种高选择性的基片集成波导宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基片集成波导宽带滤波器，旨在提高滤波器的通带选择性。包括介质基板、印制在介质基板上表面形状为等腰直角三角形的金属贴片和下表面的金属底板，金属贴片靠近两个直角边的位置设置有多个第一金属通孔，斜边中点的垂直平分线上设置有一个或多个第二金属通孔，用于实现金属贴片与金属底板的连接，该金属贴片斜边的中点位置设置有金属化盲孔，该金属化盲孔的开口端与金属底板连接,所述金属贴片斜边中点的垂直平分线和该垂直平分线在金属底板的投影位置各刻蚀一个S型缝隙，且该两个缝隙关于通过介质基板厚度中点且平行于板面的平面镜像对称，且缝隙不与第二金属化通孔接触。

Description

一种高选择性的基片集成波导宽带滤波器

技术领域

本发明属于微波通信器件技术领域，主要提及一种宽通带基片集成波导滤波器。此种滤波器在微波毫米波电路设计中被广泛使用。

背景技术

滤波器作为信号接收机中不可缺少的一部分，在无线通信系统中占有特别重要的位置。性能良好的滤波器能够很好的滤除噪声干扰以及系统中冗杂的频率分量，使得需求信号能够被很好的接受以及发射。传统的无源滤波器一般分为微带滤波器和金属波导滤波器。微带滤波器的主要优点是易于集成，结构简单，但是高频率下损耗较高。波导滤波器具有高Q值的优点，弥补了微带滤波器在高赫兹频率下损耗大的问题。然而，波导滤波器加工复杂，体积较大，并且加工成本较高，不利于与有源电路集成。

基片集成波导滤波器同时集合了微带滤波器的易于加工集成，体积小，同时也具有波导滤波器的高Q值等优点，因而其应用越来越普遍。宽带带通滤波器是一种常见的基片集成波导滤波器，传统的宽带滤波器主要通过增加腔体结构来形成多个谐振点从而扩宽带宽，但是这种实现方式会使得滤波器体积大型化，因而利用腔体内部工作模式来扩宽宽带的方式得到了越来越多的关注，但是对于此种形式的滤波器来说如何提高滤波器的选择性是一个技术难点。近年来，很多学者通过产生传输零点的方法来提高滤波器通带高频端的选择性，例如，Morteza Rezaee和Amir Reza Attari等人2013在《Antennas&Propagation》中发表了一篇名为“Realisation of new single-layer triple-mode substrate-integrated waveguide and dual-mode half-mode substrate-integrated waveguidefilters using a circular shape perturbation”的论文中公开了一种三角型双模滤波器结构，此种结构通过输入输出馈线位置的非正交性在通带高频端产生传输零点，提高了通带高频端的选择性，但是通带低频段并没有传输零点形成，所以滤波器整个通带的选择性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种高选择性的基片集成波导宽带滤波器，旨在提高滤波器的通带选择性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括介质基板1、印制在介质基板1上表面形状为等腰直角三角形的金属贴片2和下表面的金属底板3；所述金属贴片2两个直角边上各连接一个微带馈线4，连接处的两侧刻蚀有第一缝隙21，该金属贴片2斜边中点的两侧各刻蚀一个第二缝隙22；所述金属贴片2靠近两个直角边的位置设置有多个第一金属通孔5，斜边中点的垂直平分线上设置有一个或多个第二金属通孔6，用于实现金属贴片2与金属底板3的连接，该金属贴片2斜边的中点位置设置有金属化盲孔7，该金属化盲孔8的开口端与金属底板3连接；所述金属贴片2斜边中点的垂直平分线和该垂直平分线在金属底板3的投影位置各刻蚀一个S型缝隙8，该两个缝隙8关于通过介质基板1厚度中点且平行于板面的平面镜像对称，且缝隙8不与第二金属化通孔6接触。

作为优选，上述一种基片集成波导宽带滤波器，所述微带馈线4，其与金属贴片2直角边交线的中点偏离金属贴片2直角边的中点。

作为优选，所述金属贴片2，其直角边与微带馈线4连接处两侧刻蚀的第一缝隙21的形状为L型，且两个第一缝隙21以微带馈线4为中线对称分布。

作为优选，所述金属贴片2，其斜边中点两侧刻蚀的第二缝隙22的形状为矩形，第二缝隙22的一条边与金属贴片2斜边中点的垂直平分线平行且两个第二缝隙22关于该金属贴片2斜边中点的垂直平分线对称。

作为优选，所述第二金属通孔6的数量为多个，且该第二金属通孔6的直径小于金属化盲孔8的直径。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明金属贴片斜边中点的垂直平分线和该垂直平分线在金属底板的投影位置各刻蚀一个S型缝隙，两个S型缝隙关于通过介质基板厚度中点且平行于板面的平面镜像对称，此结构可以等效为电容，能够实现信号在通带低频端传输时产生180°相位差，从而形成传输零点，在保证通带高频段选择性能的同时，提高了通带低频段的选择性，与现有技术相比，有效提高了滤波器的整体选择性。

2.本发明金属贴片斜边中点的垂直平分线上设置的一个或多个第二金属通孔，其会对滤波器工作模式场图进行压缩从而使得特定模式谐振频率升高，同时，该金属贴片斜边的中点位置设置的金属化盲孔，其产生的电容加载作用也可以对特定的谐振频率进行调节，增加了通带带宽的可调节性能。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明金属贴片的结构示意图；

图3是本发明等效电容图；

图4是本发明金属底板结构示意图；

图5是本发明的频率响应曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。

参照图1，一种基片集成波导宽带滤波器，包括介质基板1、印制在介质基板1上表面形状为等腰直角三角形的金属贴片2和下表面的金属底板3；

所述介质基板1，本实例采用的是Rogers RT/duroid 5880,其厚度为h＝1mm。

所述金属贴片2,如图2所示，两个直角边上各连接一个阻值为50Ω微带馈线4作为输入和输出端口，其与金属贴片2直角边交线的中点偏离金属贴片2直角边的中点。此种非正交的馈电方式使得滤波器腔体内部高次模式之间的场相互抵消，从而使得在滤波器通带高频段产生传输零点，提高了滤波器通带高频段的选择性。偏离距离分别为g₂＝1.4mm,g₄＝1.4mm。微带馈线4宽度为W₃＝2.8mm，长度L₂＝8.6mm。

所述金属贴片2，其与微线4连接处的两侧刻蚀有第一缝隙21为L型，此结构的刻蚀可以增加腔体内各个工作模式之间的耦合度，两个第一缝隙21以微带馈线4为中线对称分布，其宽度W₁＝2.8mm，长度L₃+L₄＝8.6mm。

所述金属贴片2，在微带馈线4的两侧分别排列5个和4个第一金属通孔5，金属贴片2通过此第一金属化通孔5与金属底板3连接共同构成基片集成波导腔，相邻微带馈线4的两个金属通孔5距离为L₉＝6.5mm，其余金属通孔5间隔g₁＝2mm，金属通孔5直径均为D₁＝1mm。

所述金属贴片2，其斜边中点的垂直平分线上设置有一个或多个第二金属通孔6，因为金属通孔6会对TE₁₀₁和TE₂₀₂模式的电场进行压缩，所以随着金属化通孔6的半径或者数目的增加，TE₁₀₁和TE₂₀₂模式对应的谐振频率也会升高，当第二金属通孔6个数大于等于3时，谐振频率保持稳定不再增加，因此确定第二金属通孔6的个数为3个，各个通孔之间等距离分布，距离g₄＝3mm，金属化通孔直径的D₂＝1.2mm。

所述金属贴片2，其斜边的中点位置设置有金属化盲孔7，该金属化盲孔7的开口端与金属底板3连接，介质基板1和金属化盲孔7之间相距的间隔可以等效为电容效应，如图3所示，由公式可知，当距离d减小即金属化盲孔7高度h₁降低或半径R₁增大时，等效电容C的数值会增加，再由公式可知，当C增大时，对应的谐振频率都会降低。金属化盲孔7主要用来降低谐振腔TE₁₀₁和TE₂₀₂模式谐振频率。金属化盲孔7高度h₁＝0.9mm，半径R₁＝1.6mm。

所述金属贴片2，其斜边中点的两侧各刻蚀一个矩形的第二缝隙22，该第二缝隙22可以通过改变金属贴片2表面电流分布来降低TE₁₀₂和TE₂₀₂模式的谐振频率，从而使得三个模式靠近并且相互耦合形成通带。第二缝隙22距离斜边中心距离均为g₃＝3.6mm，长度为L₅＝3.5mm，宽度为W₂＝1mm。

所述金属贴片2，其斜边中点的垂直平分线上刻蚀一个S型缝隙8。

所述金属底板3,如图4所示，其所刻蚀的S型缝隙8与金属贴片2上刻蚀的S型缝隙关于通过介质基板1厚度中点且平行于板面的平面镜像对称，此结构可以等效为电容，能够实现信号在通带低频端传输时产生180°相位差，从而形成传输零点，在保证通带高频段选择性能的同时，提高了通带低频段的选择性，其尺寸为W₄＝1mm,L₅＝1mm,L₇＝1mm。金属底板3两边宽度均为L₁＝31mm，金属贴片2的直角边和介质基板1的边缘位置距离L₈＝5mm。

本发明效果可以通过以下仿真进一步说明。

本实施例滤波器的频率响应曲线如图5所示，图5中的S₂₁为滤波器的传输特性曲线，S₁₁为滤波器的反射特性曲线。由图5可以清晰看出四个模式的频率分布，分别对应TE₁₀₁，TE₁₀₂和TE₂₀₂模式的谐振频率，同时，在滤波器通带低频段产生了一个传输零点，提高了该滤波器的低频端的通带选择性。

同时，经过相同的电磁仿真软件HFSS仿真之后，本发明和现有三角型双模滤波器性能比较如表1所示。

表1

由表1可知，与现有三角型双模滤波器相比，本发明在保证通带高频端产生传输零点的同时，在通带低频端也产生了一个传输零点，提高了滤波器的整体通带选择性。

以上描述仅是本发明的一个优选实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创新构思的前提下所做出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基片集成波导宽带滤波器，包括介质基板(1)、印制在介质基板(1)上表面形状为等腰直角三角形的金属贴片(2)和下表面的金属底板(3)；所述金属贴片(2)两个直角边上各连接一个微带馈线(4)，金属贴片(2)的直角边与微带馈线(4)连接处的两侧刻蚀有第一缝隙(21)，该金属贴片(2)斜边中点的两侧各刻蚀一个第二缝隙(22)；所述金属贴片(2)靠近两个直角边的位置设置有多个第一金属通孔(5)，斜边中点的垂直平分线上设置有一个或多个第二金属通孔(6)，用于实现金属贴片(2)与金属底板(3)的连接，该金属贴片(2)斜边的中点位置设置有金属化盲孔(7)，该金属化盲孔(7)的开口端与金属底板(3)连接；其特征在于：所述金属贴片(2)斜边中点的垂直平分线和该垂直平分线在金属底板(3)的投影位置各刻蚀一个S型缝隙(8)，且金属贴片(2)上刻蚀的S型缝隙(8)和金属底板(3)上刻蚀的S型缝隙(8)关于通过介质基板(1)厚度中点且平行于介质基板(1)任意一个板面的平面镜像对称，且S型缝隙(8)不与第二金属通孔(6)接触。

2.根据权利要求1所述的一种基片集成波导宽带滤波器，其特征在于：所述微带馈线(4)，其与金属贴片(2)直角边交线的中点偏离金属贴片(2)直角边的中点。

3.根据权利要求1所述的一种基片集成波导宽带滤波器，其特征在于：所述金属贴片(2)，其直角边与微带馈线(4)连接处两侧刻蚀的第一缝隙(21)的形状为L型，且两个第一缝隙(21)以微带馈线(4)为中线对称分布。

4.根据权利要求1所述的一种基片集成波导宽带滤波器，其特征在于：所述金属贴片(2)，其斜边中点两侧刻蚀的第二缝隙(22)的形状为矩形，两个第二缝隙(22)关于该金属贴片(2)斜边中点的垂直平分线对称，所述第二缝隙(22)的一条边与金属贴片(2)斜边中点的垂直平分线平行。

5.根据权利要求1所述的一种基片集成波导宽带滤波器，其特征在于：所述第二金属通孔(6)的数量为多个，且该第二金属通孔(6)的直径小于金属化盲孔(7)的直径。