CN109786940A - 一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器 - Google Patents

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舒敏杰
陈建忠
杨倩
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Abstract

一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，包括金属底板和金属顶板，二者之间设有介质板，介质板下表面和金属底板之间电接触良好，介质板和金属顶板之间留有空气缝隙，介质板中间挖有五个长方体空腔，形成滤波器的五个谐振腔，谐振腔内填充空气，五个谐振腔四周的介质板上设有三排周期排列的金属通孔，相邻谐振腔之间的介质板上设有两排用于相邻谐振腔之间能量耦合的金属通孔，在金属顶板上位于第一腔和第五腔的中心正上方开有两个用于馈电的金属圆孔，利用了金属通孔和金属顶板与介质板间的空气缝隙构成的电磁带隙结构，在谐振腔内填充空气，使滤波器具有更高的无载品质因数，减小了通带内损耗，具有体积小、重量轻、剖面低、成本低的特点。

Description

一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器
技术领域
本发明涉及微波滤波器和天线技术领域，特别涉及一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器。
背景技术
在微波通信系统中，微波滤波器是重要且必不可少的组件之一，其体积小型化、重量轻型化、系统集成化、损耗小、选择性强是微波滤波器的必然要求。目前，微波器件常用结构为金属波导结构或平面传输线结构。金属波导结构体积大，较笨重，不适于器件的小型化、轻型化与集成，且由于工艺问题，波导缝隙泄露会导致实际品质因数降低，带来额外损耗；基于平面传输线结构的微波器件具有辐射损耗和插入损耗大、色散效应严重、带宽小等缺点；新兴的缝隙波导结构有效解决了传统波导能量泄露导致的额外损耗问题，但是该结构同样存在体积大、重量大、不能集成的缺点，且该结构在加工中金属柱易于弯折，加工成本非常高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，能够提高滤波器的品质因数，减小通带内损耗，具有体积小、重量轻、剖面低、成本低、易于加工和集成的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，包括金属底板1和金属顶板2，二者之间设有介质板3，所述介质板3下表面和金属底板1之间电接触良好，介质板3和金属顶板2之间留有空气缝隙，所述介质板3中间挖有五个长方体空腔，形成滤波器的五个谐振腔，从左至右依次为第一腔4、第二腔5、第三腔6、第四腔7及第五腔8，谐振腔内填充空气，五个谐振腔四周的介质板3上设有三排周期排列的金属通孔9，金属通孔9用于替代缝隙波导的金属柱，和空气缝隙一起构成电磁带隙结构，相邻谐振腔之间的介质板上设有两排用于相邻谐振腔之间能量耦合的金属通孔9，在金属顶板2上位于第一腔4和第五腔8的中心正上方开有两个用于馈电的金属圆孔10。
所述滤波器的金属底板1和金属顶板2均为长方形，利用FR4介质板双面敷铜实现。
所述空气缝隙的高度为0.5mm。
所述介质板3采用Rogers 4350B，介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037。
所述介质板3厚度为3.248mm，即为两层介质板，每层厚度为1.524mm，加0.2mm粘合胶的厚度,介质板3的侧壁厚为6mm。
所述金属通孔9的直径为0.5mm，相邻金属通孔9的中心距为2mm。
所述相邻谐振腔之间能量耦合的方式为电耦合。
所述五个谐振腔的宽度均为14mm，第一腔4和第五腔8的长度为12mm，第二腔5、第三腔6、第四腔7的长度为12.5mm。
所述第一腔4和第二腔5之间、第四腔7和第五腔8之间的两排金属通孔9的间距为1.19mm，第二腔5和第三腔6之间、第三腔6和第四腔7之间的两排金属通孔9的间距为1.57mm。
由于本发明的谐振腔利用缝隙波导技术实现，谐振腔内填充空气，相对于一般的基片集成波导结构，该滤波器具有更高的无载品质因数(2512)，减小了通带内损耗，该微波滤波器工作于Ku波段，相对带宽为2％，中心频率为15GHz，阶数为5阶；该滤波器结合了缝隙波导和基片集成波导的共同优点，可以利用印刷电路板技术加工实现，具有体积小、重量轻、剖面低、成本低、易于加工和集成的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明回波损耗与插入损耗的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，包括金属底板1和金属顶板2，所述金属底板1和金属顶板2均为长方形，为滤波器提供地，利用FR4介质板双面敷铜实现。
金属底板1和金属顶板2之间设有介质板，所述介质板3下表面和金属底板1之间电接触良好，介质板3和金属顶板2之间留有空气缝隙，空气缝隙的高度为0.5mm，但不限于0.5mm。所述介质板3选择Rogers 4350B，介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037。介质板厚度为3.248mm，即为两层介质板(每层1.524mm)加0.2mm粘合胶的厚度。
所述介质板3中间挖有五个长方体空腔，形成滤波器的五个谐振腔，从左至右依次为第一腔4、第二腔5、第三腔6、第四腔7及第五腔8，谐振腔内填充空气，减小了介质损耗。五个谐振腔四周的介质板上设有三排周期排列的金属通孔9，金属通孔9用于替代缝隙波导的金属柱，和空气缝隙一起构成电磁带隙结构，电磁场能量经过三排金属通孔9后有45dB衰减，因此，能量泄露可以忽略，从而减小了泄露损耗。相邻谐振腔之间的介质板3上设有两排用于相邻谐振腔之间能量耦合的金属通孔9，耦合方式为电耦合，通过两排金属通孔9的间距可以控制腔间的耦合强度，且间距越小耦合强度越大。所述金属通孔9的直径为0.5mm，相邻金属通孔9的中心距为2mm。
在金属顶板2上位于第一腔4和第五腔8的中心正上方开两个用于馈电的金属圆孔10，以便同轴探针从金属顶板探入谐振腔内对滤波器的第一腔4和第五腔8产生激励。滤波器利用顶馈，使用同轴探针对第一腔4和第五腔8馈电，且外部耦合强度由同轴探针长度和同轴探针的激励位置决定，且同轴探针长度越长，激励位置离谐振腔中心越近，外部耦合强度越大。
参见图2，所述滤波器介质板的侧壁厚为D＝6mm，五个谐振腔的宽度为W＝14mm，谐振腔的长度为L1＝L5＝12mm,L2＝L3＝L4＝12.5mm。谐振腔间两排金属通孔的间距为S12＝S45＝1.19mm,S23＝S34＝1.57mm。
本发明所述空气填充的基片集成缝隙波导的微波滤波器的工作原理如下：
本发明所述空气填充的基片集成缝隙波导的微波滤波器，其介质板3、金属底板1和金属顶板2是采用印制电路板工艺制作。原理上利用了缝隙波导的电磁带隙结构，介质板3的金属通孔9和介质板3与金属顶板2间的空气缝隙构成了电磁带隙结构。当频率处于电磁带隙的阻带内，电磁波不能传播，利用该电磁带隙结构的阻带设计滤波器。工艺上利用金属通孔9代替缝隙波导的金属立柱结构，能够利用印刷电路板工艺加工，从而结合了缝隙波导结构和基片集成波导结构的优点，使得所设计的滤波器具有高品质因数，且兼有体积小，重量轻，剖面低，成本低，易于加工和集成的优点。
图3是本发明所述空气填充的基片集成缝隙波导的微波滤波器回波损耗和插入损耗的仿真结果，该滤波器中心频率为15GHz，相对带宽为2％，回波损耗小于-20dB，通带内损耗为1.7dB，远小于传统的基片集成波导滤波器，即提现该滤波器有损耗小的优点。

Claims (9)

1.一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，包括金属底板(1)和金属顶板(2)，二者之间设有介质板(3)，所述介质板(3)下表面和金属底板(1)之间电接触良好，介质板(3)和金属顶板(2)之间留有空气缝隙，所述介质板(3)中间挖有五个长方体空腔，形成滤波器的五个谐振腔，从左至右依次为第一腔(4)、第二腔(5)、第三腔(6)、第四腔(7)及第五腔(8)，谐振腔内填充空气，五个谐振腔四周的介质板(3)上设有三排周期排列的金属通孔(9)，金属通孔(9)用于替代缝隙波导的金属柱，和空气缝隙一起构成电磁带隙结构，相邻谐振腔之间的介质板上设有两排用于相邻谐振腔之间能量耦合的金属通孔(9)，在金属顶板(2)上位于第一腔(4)和第五腔(8)的中心正上方开有两个用于馈电的金属圆孔(10)。
2.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述滤波器的金属底板(1)和金属顶板(2)均为长方形，利用FR4介质板双面敷铜实现。
3.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述空气缝隙的高度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述介质板(3)采用Rogers 4350B，介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037。
5.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述介质板(3)厚度为3.248mm，即为两层介质板，每层厚度为1.524mm，加0.2mm粘合胶的厚度,介质板(3)的侧壁厚为6mm。
6.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述金属通孔(9)的直径为0.5mm，相邻金属通孔(9)的中心距为2mm。
7.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述相邻谐振腔之间能量耦合的方式为电耦合。
8.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述五个谐振腔的宽度均为14mm，第一腔(4)和第五腔(8)的长度为12mm，第二腔(5)、第三腔(6)、第四腔(7)的长度为12.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种空气填充的基片集成缝隙波导微波滤波器，其特征在于，所述第一腔(4)和第二腔(5)之间、第四腔(7)和第五腔(8)之间的两排金属通孔(9)的间距为1.19mm，第二腔(5)和第三腔(6)之间、第三腔(6)和第四腔(7)之间的两排金属通孔(9)的间距为1.57mm。
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