CN110233319B - 一种基于基片集成波导的平衡式滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于基片集成波导的平衡式滤波器，包括半模基片集成波导多模谐振器以及两组微带馈线对。两组微带馈线对沿中心线左右对称分布，两组微带馈线之间的间距以及一组微带馈线对中两条金属条带之间的间距均为半模基片集成波导中心频率的半个导波波长。当一组微带馈线对输入差模信号时，能够激励谐振器中的

和

模，从而构成一个较宽的差模工作通带；当一组微带馈线对输入共模信号时，能够激励谐振器中的

和

模，由于

和

模工作在差模通带外，因此能有效地保证差模通带范围内的共模噪声抑制。

Description

一种基于基片集成波导的平衡式滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种宽带基片集成波导平衡式滤波器及微波通信系统。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，数据传输速率越来越高，无线通信系统正朝着高频宽带化、小型化、低损耗以及高集成度方向发展。同时，无线系统集成度的提高加剧了信号串扰和环境噪声等问题，使得平衡式电路受到广泛关注，并用于改善此类问题。基片集成波导因具有低损耗，高Q值、高功率容量和易于与其他微波电路集成在微波通信系统中等特点而被研究实现基于基片集成波导的平衡式滤波器。因此具有宽带、低损耗、紧凑型特点的基片集成波导平衡式滤波器符合无线通信系统的发展需求，然而目前来讲此类平衡式滤波器的设计仍然是一个重要挑战。

目前已报道了多种基片集成波导平衡式滤波器的设计技术。一部分基片集成波导平衡式滤波器采用传统双模基片集成波导谐振器或者级联单模基片集成波导谐振器，该类设计存在带宽较窄、电路尺寸较大等问题；另一部分基片集成波导平衡式滤波器采用级联混合式基片集成波导-共面波导谐振器或者级联三角贴片与四分之一模基片集成波导谐振器，其差模带宽显著增加，电路尺寸有所减小；第三种设计使用多个级联半模基片集成波导谐振器进行平衡式滤波器设计，其差模带宽进一步增加，但由于为多层电路所以结构复杂。此外，上述已报道的基片集成波导平衡式滤波器面临几个共同问题：虽然在一定程度上增加了带宽，但是还有待进一步拓展；损耗较大；由加工误差造成的性能偏离不易在测试环节进行补偿。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于基片集成波导的平衡式滤波器，在保证电路紧凑的条件下，实现带宽增加和损耗降低。

技术方案：一种基于基片集成波导的平衡式滤波器，其特征在于，包括从上往下依次层叠的第一金属层、介质基片、第二金属层，以及贯穿所述第一金属层、介质基片、第二金属层的一排金属化孔，所述第一金属层为长宽比大于8:1的矩形结构，在所述介质基片上还布设有四条平行设置的金属条带，所述金属条带的一端共同连接所述第一金属层的一条长边；

所述第一金属层、介质基片、第二金属层以及金属化孔构成半模基片集成波导多模谐振器；四条所述金属条带中相邻的两条归为一组，并与所述介质基片和第二金属层共同形成两组微带馈线对；所述两组微带馈线关于所述半模基片集成波导多模谐振器中轴线左右对称设置，两组微带馈线之间的间距以及一组微带馈线对中两条金属条带之间的间距均为半模基片集成波导中心频率的半个导波波长；

在所述第一金属层上还设有两组槽，每组槽包括两个子槽，两个子槽分别位于微带馈线对的两条金属条带之间并关于微带馈线对的中轴线左右对称设置。

进一步的，所述金属化过孔呈半方框型排列。

有益效果：本发明仅采用一个半波长间距的微带对激励开槽半模基片集成波导多模谐振器，使其

模(m＝3，4和5)工作在差模，

模(m＝2和6)工作在共模，避免了多个谐振器的使用，形成具有宽带、低损耗、结构紧凑及性能偏差调控措施等特点的平衡式滤波器。

附图说明

图1为滤波器的第一金属层及微带馈线对结构示意图；

图2为滤波器的第二金属层结构示意图；

图3为滤波器剖面结构示意图；

图4为滤波器的差模响应仿真图；

图5为滤波器的共模响应仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至图3所示，一种基于基片集成波导的平衡式滤波器，包括从上往下依次层叠的第一金属层3、介质基片2、第二金属层1，以及贯穿第一金属层3、介质基片2、第二金属层1的一排金属化孔4。金属化过孔4呈半方框型排列，金属化过孔4连接第一金属层3、介质基片2和第二金属层1。第一金属层3为长宽比大于8:1的矩形结构，在介质基片2上还布设有四条平行设置的金属条带5、6，7、8，金属条带5、6，7、8的一端共同连接第一金属层3的一条长边。

第一金属层3、介质基片2、第二金属层1以及金属化孔4构成半模基片集成波导多模谐振器。四条金属条带5、6，7、8中相邻的两条归为一组，并与介质基片2和第二金属层1共同形成两组微带馈线对。两组微带馈线关于半模基片集成波导多模谐振器中轴线左右对称设置，两组微带馈线之间的间距以及一组微带馈线对中两条金属条带5、6，7、8之间的间距均为半模基片集成波导中心频率的半个导波波长。信号从一组微带馈线对输入到半模基片集成波导多模谐振器，再由另一对微带馈线对输出。

在第一金属层3上还设有两组槽，每组槽包括两个子槽9、10，11、12，两个子槽9、10，11、12分别位于微带馈线对的两条金属条带5、6，7、8之间并关于微带馈线对的中轴线左右对称设置。

本发明的平衡式滤波器采用单层开槽半模基片集成波导结构实现，谐振器的长边大于窄边的8倍以上，可以保证该多模谐振器的前六个模式为

模(m＝1,2,…6)。两组微带馈线对沿中心线左右对称分布，间距约为半模基片集成波导中心频率的半个导波波长，且每组微带馈线对的两条金属条带间距也约为半模基片集成波导中心频率的半个导波波长，从而使得当一组微带馈线对输入差模信号时，能够激励半模基片集成波导多模谐振器中的

和

模，使本平衡式滤波器可获得三个差模传输极点，从而构成一个较宽的差模工作通带；当一组微带馈线对输入共模信号时，能够激励半模基片集成波导多模谐振器中的

和

模，由于

和

模工作在差模通带外，因此能有效地保证差模通带范围内的共模噪声抑制。

在测试过程中，通过微调两组槽的尺寸，一定程度上可以调整性能，用于弥补加工误差造成的轻微性能偏离。两组槽左右对称地分布，每对槽与对应的一组微带馈线对中心对齐，在这样的位置下可以保证槽处于半模基片集成波导多模谐振器中

模(m＝3，4和5)场强较大的地方，可以对差模性能产生微扰，所以通过微调节槽的尺寸，一定程度上可以弥补加工误差造成的轻微性能偏离。

本实施例中，设定中心频率为6GHz，差模频率响应如图4所示，可见其中心频率(f₀)为6GHz，3-dB相对带宽为28％，插入损耗仅为0.86dB,回波损耗大于13dB。共模频率响应如图5所示，20dB以上的共模抑制带宽为26％，能很好的覆盖差模通带，从而有效地保证了差模通带范围内对共模噪声的抑制。滤波器的物理尺寸为60mm×7mm,对应的电尺寸为1.2λ₀×0.14λ₀(λ₀为中心频率处的自由波波长)。本案例采用RO3006基板，其介电常数为6.15，损耗角为0.002，厚度为0.635mm。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于基片集成波导的平衡式滤波器，其特征在于，包括从上往下依次层叠的第一金属层(3)、介质基片(2)、第二金属层(1)，以及贯穿所述第一金属层(3)、介质基片(2)、第二金属层(1)的一排金属化孔(4)，所述第一金属层(3)为长宽比大于8:1的矩形结构，在所述介质基片(2)上还布设有四条平行设置的金属条带(5、6，7、8)，所述金属条带(5、6，7、8)的一端共同连接所述第一金属层(3)的一条长边；

所述第一金属层(3)、介质基片(2)、第二金属层(1)以及金属化孔(4)构成半模基片集成波导多模谐振器；四条所述金属条带(5、6，7、8)中相邻的两条归为一组，并与所述介质基片(2)和第二金属层(1)共同形成两组微带馈线对；所述两组微带馈线关于所述半模基片集成波导多模谐振器中轴线左右对称设置，两组微带馈线之间的间距以及一组微带馈线对中两条金属条带(5、6，7、8)之间的间距均为半模基片集成波导中心频率的半个导波波长；

在所述第一金属层(3)上还设有两组槽，每组槽包括两个子槽(9、10，11、12)，两个子槽(9、10，11、12)分别位于微带馈线对的两条金属条带(5、6，7、8)之间并关于微带馈线对的中轴线左右对称设置；

当一组微带馈线对输入差模信号时，能够激励半模基片集成波导多模谐振器中的

和

模；当一组微带馈线对输入共模信号时，能够激励半模基片集成波导多模谐振器中的

和

模，由于

和

模工作在差模通带外，能够抑制差模通带范围内的共模噪声。

2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的平衡式滤波器，其特征在于，所述金属化孔(4)呈半方框型排列。

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