CN110190369A - 基于共面波导的宽阻带微波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于共面波导的宽阻带微波滤波器，在一块印刷电路板的上下两面分别刻蚀金属贴片，其中一面作为金属地，在另外一面金属贴片上开槽缝，得到一个共面波导谐振器。通过在谐振器馈电端口两旁开槽得到一个带外传输零点，加入中心接地通孔抑制第二寄生谐波以及在中心通孔两旁开槽形成一个慢波结构，将通带移至低频得到具有宽阻带特性的共面波导滤波器。其‑17dB以下的带外抑制宽度达到6.54f 0 ,f 0 为滤波器的通带中心频率，使其在无线通讯系统中具有较强的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于光学/微波、无线通信与测试仿真技术领域，具体涉及一种具有宽阻带特性的共面波导滤波器。
背景技术
随着人们对无线通讯设备日益增长的需求，电磁频谱变得日益拥挤，微波滤波器作为通讯系统中的重要元件，在通讯设备中起着选频，以及抑制其他频段信号的作用。因此，在电磁环境日益复杂的今天，具有宽阻带特性的微波滤波器成了吸引了越来越多的关注。一般的设计具有谐波抑制特性的滤波器的方法为嵌入耗能元件产生传输零点、级联具有带阻特性的结构以及使用阶跃阻抗结构通过调节传输线段的阻抗比来调节寄生通带的位置。总而言之，就是加入传输零点抑制带外寄生通带或是调节结构参数将寄生通带调至距工作频段的更远处。
其中，通过级联具有带阻特性的结构虽然能有效抑制带外谐波，但是也会导致整体尺寸和插入损耗的增大，不仅不利于实际当中的使用，而且也会导致加工成本的增加；而阶跃阻抗结构的谐波抑制滤波器虽然在尺寸和损耗上影响不大，但是由于本身结构的限制，随着阻抗比越大，需要的加工难度也增大。目前由于加工工艺的限制，阶跃阻抗谐波抑制滤波器的阻带最多能达到5f 0(f 0为中心频率)。共面波导传输线结构，由于其独特的结构特性，导致其加工成本低且易于与其他器件集成，所以宽阻带特性的共面波导滤波器具有很大的研究价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于共面波导的宽阻带微波滤波器，该滤波器具有结构紧凑、易加工、损耗低等优点。通过将第二谐波移至靠近第三谐波处，在通过引入具有带阻特性的结构将第二、第三谐波同时抑制掉，最后，通过增加滤波器表面电流路径的方式，将通带移至低频，进一步拓宽了阻带。与传统谐波抑制滤波器相比，尺寸更小、更易加工且阻带带宽也较宽。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于共面波导的宽阻带微波滤波器，特点是该滤波器从上而下包括，第一金属层、介质基板和第二金属层；所述介质基板的中心设有一通孔；
所述介质基板的上表面印制有第一金属层，第一金属层的几何尺寸与介质基板完全相同，其上设置有共面波导输入端口、共面波导输出端口、共面波导槽、输入输出端口槽、耦合馈电槽、对称槽和圆孔，其中，第一金属层的长边两端分别开有一对上下对称的矩形输入输出端口槽,构成共面波导输入端口和共面波导输出端口；在输入输出端口槽的末端开有一对上下对称的共面波导槽，形成共面波导谐振腔；沿着输入输出端口槽，开有一对上下对称的“L”型耦合馈电槽；中心设置一圆孔，圆孔左右两旁对称开有矩形槽，其圆孔与介质基板上的通孔的圆心位置和半径大小均相同；
所述介质基板的下表面印制有第二金属层，第二金属层的几何尺寸与介质基板完全相同；第二金属层中心设置一圆孔，该圆孔与介质基板的通孔的圆心位置和半径大小均相同。
所述第一金属层及第二金属层使用的材料均为铜。
所述介质基板材料为Rogers RT4003，其相对介电常数为3.55，厚度为0.2mm。
所述通孔的内壁敷有铜膜。
所述共面波导输入端口和共面波导输出端口，均采用阻抗为50欧的共面波导传输线。
所述通孔将第二谐波抑制高频，进行抑制。
所述耦合馈电槽在带外形成一个传输零点。
所述对称槽将通带移至低频，进一步拓宽阻带。
本发明的1-dB通带从6.33GHz到8.25GHz。
本发明的15dB抑制度的阻带从10.7GHz到47GHz。
本发明的有益效果是，通过在共面波导谐振器中心加入金属化通孔和采用馈电耦合槽的方式有效的抑制了第二、第三谐波，且没有增大共面波导滤波器的结构尺寸。再通过在金属化通孔两旁开矩形对称槽的方式，在没有影响带外抑制特性的情况下，将工作频段移至低频，从这个角度看实现了滤波器的小型化。
附图说明
图1为本发明的分层立体图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的仰视图；
图4为本发明的仿真与测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
参阅图1，本发明所述的滤波器共有三层结构，包括介质基板1以及介质基板1上表面的第一金属层2和下表面的第二金属层3。该滤波器的介质基板1为矩形形状，且其中心有一内壁敷铜膜的通孔10。
参阅图1-2，在介质基板1的上层印制第一金属层2，其长和宽与介质基板1相同。图2为本发明的俯视图，也即为第一金属层2的结构图。如图2所示，在第一金属层2的长边两端分别开一对上下对称的矩形输入输出端口槽7,构成了共面波导输入端口4和共面波导输出端口5。在输入输出端口槽7的末端再开一对上下对称的共面波导槽6，形成共面波导谐振腔。沿着输入输出端口槽7，再开一对上下对称的“L”型耦合馈电槽8，此对槽之间的距离比输入输出端口槽7之间的距离短。将第一金属层2中心打通，得到通孔，此通孔与介质基板1上的通孔10的圆心位置和半径大小均相同。再在此通孔的两旁开一对左右对称的矩形槽9。
参阅图1、图3，在介质基板1的下表面印制第二金属层3，其长和宽与介质基板1相同。图3为本发明的仰视图，也即为第二金属层3的结构图。如图3所示，将其中心打通，得到通孔，此通孔与介质基板1上的通孔10的圆心位置和半径大小均相同。
如图1-3所示，介质基板1的上下表面均具有金属层；设计时，优选介质基板1采用Rogers4003，其介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027，介质基板厚度为0.2mm；介质基板1的上下表面的金属层的厚度设置为0.035mm，使用加工材料为铜。
参阅图2，第一金属层2中的共面波导输入端口4和共面波导输出端口5均采用50欧姆共面波导传输线，其主要目的是方便测量和易于与其他电路连接。
本发明中，通过加入内敷铜膜的通孔10将第二谐波移至高频靠近第三谐波；再在沿着输入输出端口槽开一对“L”型耦合馈电槽8，形成一个带阻结构，在带外形成一个传输零点，可以拓宽了阻带宽度；之后，又在通孔10的两旁开一对左右对称的矩形槽9，将通带移至更低频，进一步拓宽了阻带的宽度。
如图4所示，为本发明的仿真和测试结果对比图。从图中看出，仿真与测试结果相比，十分吻合。该滤波器的中心频率为7.34GHz, 插入损耗为-1.4dB,相对带宽为38%,在-15dB下的带外抑制宽度为6.4f 0，阻带从10.7GHz至47GHz。
以上所述,仅是本发明的较优案例,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已经对实施案例做了详细的阐述,然而并非用以限定本发明,任何熟悉该领域专业人士,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更改或修饰为同等变化的等效实施案例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,根据本发明的技术实质对上实施案例所作的任何简单修改,等同变化与修饰,仍属本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种基于共面波导的宽阻带微波滤波器，其特征在于，该滤波器从上而下包括，第一金属层（2）、介质基板（1）和第二金属层（3），所述介质基板（1）的中心设有一通孔（10）；
所述介质基板（1）的上表面印制有第一金属层（2），第一金属层（2）的几何尺寸与介质基板（1）完全相同，其上设置有共面波导输入端口（4）、共面波导输出端口（5）、共面波导槽（6）、输入输出端口槽（7）、耦合馈电槽（8）、对称槽（9）和圆孔；其中，第一金属层（2）的长边两端分别开有一对上下对称的矩形输入输出端口槽（7）,构成共面波导输入端口（4）和共面波导输出端口（5）；在输入输出端口槽（7）的末端开有一对上下对称的共面波导槽（6），形成共面波导谐振腔；沿着输入输出端口槽（7），开有一对上下对称的“L”型耦合馈电槽（8）；中心设置一圆孔，圆孔左右两旁对称开有矩形槽（9），其圆孔与介质基板（1）上的通孔（10）的圆心位置和半径大小均相同；
所述介质基板（1）的下表面印制有第二金属层（3），第二金属层（3）的几何尺寸与介质基板（1）完全相同；第二金属层（3）的中心设置一圆孔，此圆孔与介质基板（1）的通孔（10）的圆心位置和半径大小均相同。
2.根据权利要求1所述的基于共面波导的宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第一金属层（2）、第二金属层（3）使用的材料均为铜。
3.根据权利要求1所述的基于共面波导的宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述通孔（10）的内壁敷有铜膜。
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