CN111276780A - 一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器 - Google Patents

一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN111276780A
CN111276780A CN202010083838.7A CN202010083838A CN111276780A CN 111276780 A CN111276780 A CN 111276780A CN 202010083838 A CN202010083838 A CN 202010083838A CN 111276780 A CN111276780 A CN 111276780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fan
layer
resonant cavity
metal patch
shaped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010083838.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111276780B (zh
Inventor
张永鸿
刘家玮
伯晓乐
敬怀舒
屈丽丽
樊勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202010083838.7A priority Critical patent/CN111276780B/zh
Publication of CN111276780A publication Critical patent/CN111276780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111276780B publication Critical patent/CN111276780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器，包括扇形微带谐振腔、输入输出馈线以及金属化通孔，所述的金属化通孔作为扰动结构使谐振腔前两个谐振模式的谐振频率靠近形成通带，同时利用信号相位理论，在不改变原有谐振腔尺寸和结构的条件下在阻带内引入了传输零点，实现了较好的带外抑制特性。本发明可用于微波毫米波通信以及雷达系统中对于带外抑制性能有较高要求的场合。同时本发明还具有小型化、轻量化、易集成和低成本化的优点，可以较好地适应于现代通信和雷达系统的需求。

Description

一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器
技术领域
本发明属于微波毫米波滤波器技术领域，涉及一种微带滤波器。
背景技术
随着现代微波毫米波电路系统的迅猛发展，系统对各个部件提出了更复杂的功能需求和更高的电性能指标。在较早的微波毫米波电路系统中，大部分传输线和无源电路结构都是基于金属波导做成的，该结构有高Q值、低损耗、高功率容量等优点，但是加工和调试都较为复杂，因此为了适应现代微波毫米波电路系统提出的小型化、集成化的需求，出现了平面集成传输线，而其中微带线结构得到了较高的关注和广泛的研究。相比于金属波导传输线，微带线具有体积小、易加工、成本低和易集成的优点。
滤波器作为微波毫米波电路与系统中重要的无源器件之一，一直是国内外微波毫米波领域研究学者的研究重点，而用微带结构实现的滤波器由于其小型化，易集成的优势近几十年得到了广泛的关注和深入的研究。随着现代无线通信系统对小型化和集成化要求的进一步提高，对于微波毫米波滤波器的小型化也相应提出了更高的要求。
为了实现微带滤波器的小型化，众多学者对此展开了深入研究。现有的微带滤波器小型化的实现方法主要是以下几种：
第一种是采用阶跃阻抗谐振器结构实现微带滤波器电尺寸的小型化。阶跃阻抗谐振器是由几段不同宽度的微带线级联构成的谐振器。但是本方法的缺点是由于阶跃阻抗带来的不连续性，导致损耗较大，进而导致滤波器带内损耗较大(C.Liang and C.Chang,"Compact Wideband Bandpass Filters Using Stepped-Impedance Resonators andInterdigital Coupling Structures"，Microwave and Wireless Components Letters,IEEE，vol.19,pp.551-553,2009)。
第二种是采用环形谐振器结构实现微带滤波器电尺寸的小型化。该种方法是利用环形谐振器中存在简并膜的特征，在该结构中加入微扰结构，使原本环形谐振器的简并模分离，进而让单谐振器电路等效为双谐振器电路，优点是让滤波器所需的谐振器数目减少一半，减小了电尺寸，缺点是该结构原本的尺寸就比较大，同时该结构存在较多的冗余空间(S.Sun and L.Zhu,"Wideband Microstrip Ring Resonator Bandpass Filters UnderMultiple Resonances"，Transactions on Microwave Theory and Techniques,IEEE，vol.55,pp.2176-2182,2007)。
第三种是在滤波器上添加慢波结构实现滤波器电尺寸的小型化。该种方法是慢波结构增加了电磁波传播路径长度，等效于波长增加，从而实现滤波器电尺寸的减小。虽然该技术实现了滤波器的小型化设计，但是本方法的缺点很明显，由于慢波结构本身的特性导致滤波器的插入损耗较大(A.Ebrahimi,W.Withayachumnankul,S.F.Al-Sarawi andD.Abbott,"Compact Second-Order Bandstop Filter Based on Dual-ModeComplementary Split-Ring Resonator"，Microwave and Wireless ComponentsLetters,IEEE，vol.26,pp.571-573,2016)。
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，提供一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器，在实现微带滤波器小型化和低成本的前提下，同时实现较好的阻带抑制特性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器，包括扇形微带谐振腔、输入输出馈线以及金属化通孔。所述扇形微带谐振腔由顶层扇形金属贴片、中间层的单层介质基片和底层金属贴片由上向下紧贴层叠而成；所述的金属化通孔将顶层扇形金属贴片、中间层的单层介质基片和底层金属贴片均贯穿；所述的输入输出馈线和扇形微带谐振腔的顶层扇形金属贴片在同一层，输入馈线和输出馈线均采用微带传输线来实现端口的阻抗匹配；所述的顶层扇形金属贴片的角度和半径随着滤波器的工作频率的改变而改变。
进一步的，中间层的单层介质基片和底层金属贴片形状大小相同，其外边框尺寸需要超过顶层扇形金属贴片加上输入输出馈线的外边框尺寸；同时输入输出馈线端口需要在中间层的单层介质基片和底层金属贴片外轮廓线上；所述介质基片可以采用多种规格的介质基板实现，也可以根据工作频段的不同而有所差异。
进一步的，所述的金属化通孔的孔径、数量及位置可以根据工作频率进行调整。
本发明的技术方案的原理是：由于扇形微带谐振腔场的对称性，在半径不变的条件下，TM020谐振模式的频率不会随着扇形角度的改变而改变。同时在扇形角度小于特定角度后，TM020谐振模式变为扇形微带谐振腔的主模，在此基础上扇形角度变小，主模频率仍基本保持不变，实现了滤波器的小型化要求。在扇形微带谐振腔上添加金属化通孔，金属化通孔作为扰动结构，通过调节其位置来控制该扇形微带谐振腔谐振模式的谐振频率，进而使扇形微带谐振腔前两个谐振模式频率靠近形成通带。同时输入馈线激励了多个不同的谐振模式，各个谐振模式在输入输出端口之间提供了不同的信号通路。由于不同信号通路之间存在相位差，因此会在特定频率处产生传输零点。调整输入输出端口的位置，使得在带外产生零点，进而改善了滤波器的阻带特性。本发明通过考虑将谐振腔理论和信号相位理论结合起来，最终达到了滤波器小型化的目的，同时获得了较高的阻带抑制特性。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本发明基于谐振腔理论，利用金属化通孔作为扰动结构来调节所需谐振模式的频率，同时利用扇形微带谐振腔在半径不变的条件下，减小扇形微带谐振腔的角度时TM020谐振模式的频率基本不变化的特点，进而实现滤波器的整体小型化设计。并且利用信号相位理论，在不改变原有谐振腔尺寸和结构的条件下在阻带内引入了传输零点，实现了较好的带外抑制特性。这一发明并不是上述两种理论应用的简单叠加，而是综合利用这两种理论，在单个谐振腔上添加金属化通孔来实现相当于两个谐振腔实现的滤波特性，同时具有良好的阻带特性。通过这种方法来设计带通滤波器，使传统的微带滤波器参数调节更加简便，同时更易于和系统集成。
附图说明
图1是本发明的总体结构展开示意图；
图2是本发明结构的俯视图；
图3是本发明在1GHz～8GHz的S参数曲线图；
图中标记说明：扇形微带谐振腔1、输入输出馈线2、金属化通孔3、顶层扇形金属贴片10、中间层的单层介质基片11、底层金属贴片12、输入馈线20、输出馈线21。
具体实施方式
为了使本发明的目的、解决的技术问题以及技术方案更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一：
图1为本发明的一个具体实施例总体结构展开示意图，包括扇形微带谐振腔1、输入输出馈线2以及金属化通孔3。所述扇形微带谐振腔1由上到下依次由顶层扇形金属贴片10、中间层的单层介质基片11和底层金属贴片12层叠而成，所述顶层扇形金属贴片10的半径是27mm，弧度为22.5°，厚度为0.017mm，尺寸大小等同于相同半径的圆形金属贴片的十六分之一。所述的中间层的单层介质基片11是厚度为0.508mm的低损耗TaconicRF-35，形状为直角梯形，上底边长为11.46mm，下底边长为23.92mm，高为30.1mm。所述的底层金属贴片12大小和中间层的单层介质基片11的尺寸相同，厚度和顶层扇形金属贴片10的厚度相同。所述的输入输出馈线2包括输入馈线20和输出馈线21，为了实现端口的匹配，输入馈线20为渐变微带传输线，形状为等腰梯形，上底边长为1.1mm，下底边长为1.12mm，高为2.8mm，同时扇形微带谐振腔1的顶点距离输入馈线20结构的中心线的垂直距离为12.3mm；输出馈线21和输入馈线20的传输线形式相同，也是渐变微带传输线结构，输出馈线21的渐变微带传输线为等腰梯形，上底边长为1.1mm，下底边长为3.41mm，高为1.97mm，同时扇形微带谐振腔1的顶点距离输出馈线21结构的中心线的垂直距离为16.67mm。
如图2所示，所述的金属化通孔3数量为四个，半径均为0.25mm，高度和扇形微带谐振腔1的厚度相同，四个金属化通孔3的圆心均分布在半径为15.57mm的圆弧上，同时四个金属化通孔3两两一组，每组的两个金属化通孔3圆心相距0.76mm，每组金属化通孔3的圆周与顶层扇形金属贴片10径向边的最小间距均为0.29mm。
图3给出了本具体实施例在1GHz～8GHz工作时的插入损耗和反射系数曲线图，其带内最小插损为0.95dB，带内反射系数小于-15dB，在4.425GHz和6.96GHz两个频点上分别有一个零点，同时在带外4.15GHz～8GHz频率范围内插入损耗均大于30dB，带外抑制特性得到明显提升。
实施例二：
本实施例中将中间层的单层介质基片11和底层金属贴片12的形状同时从直角梯形换为其他任何形状，同时保证中间层的单层介质基片11和底层金属贴片12形状大小相同且其外边框尺寸需要超过顶层扇形金属贴片10加上输入输出馈线2的外边框尺寸，并且输入输出馈线端口需要在中间层的单层介质基片11和底层金属贴片12外轮廓线上，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例三：
本实施例中将输入输出馈线2的传输线结构从渐变传输线变为阶跃阻抗传输线结构，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例四：
本实施例中将输入输出馈线2的传输线结构从渐变传输线变为均匀传输线，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例五：
本实施例中将输入输出馈线2的传输线结构从渐变传输线变为共面波导传输线结构，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例六：
本实施例中输入馈线20和输出馈线21可以在扇形微带谐振腔的同一侧，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例七：
本实施例中将金属化通孔3从两组单排的金属化通孔阵列变为两组多排的金属化通孔阵列，金属化通孔3的位置需要满足不能将所需要的谐振模式完全破坏。其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例八：
本实施例中的金属化通孔3从两组单排的金属化通孔阵列变为一组单排的金属化通孔阵列，金属化通孔3的位置需要满足不能将所需要的谐振模式完全破坏，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例九：
本实施例中的金属化通孔3从两组单排的金属化通孔阵列变为一组多排的金属化通孔阵列，金属化通孔3的位置需要满足不能将所需要的谐振模式完全破坏，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
实施例十：
本实施例中的顶层扇形金属贴片10的弧度从22.5°变为其他角度，并且在改变弧度的过程中，通过不断改变金属化通孔3的个数和位置来保证其扰动的效果和22.5°相同，其他部分与实施例一完全相同，仍可实现本发明的功能。
从上述十个实施例可以看出，本发明具有以下的优点：
频率选择性好，阻带特性较好。本发明利用信号相位理论在滤波器的阻带内引入了传输零点，改善了滤波器的频率响应特性，同时增强了滤波器带外的抑制能力。
结构紧凑，体积小，易集成。本发明中将谐振腔理论和信号相位理论相结合，使得一个完整滤波器的性能，可以在一个简单的扇形微带谐振腔上添加简单的扰动结构实现。本发明中滤波器的结构紧凑，同时实现了微带滤波器小型化，而且整体结构更易与系统集成。
实现方式多样化。本发明中输入输出馈线方式可以利用不同的传输线形式来实现，可以利用如均匀传输线、阶跃阻抗传输线、渐变传输线、共面波导传输线等传输线形式；顶层扇形金属贴片也可以用具有不同弧度的顶层扇形金属贴片来实现，如25°、33°等弧度值。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器，包括扇形微带谐振腔(1)、输入输出馈线(2)以及金属化通孔(3)；
其特征在于：所述扇形微带谐振腔(1)由顶层扇形金属贴片(10)、中间层的单层介质基片(11)和底层金属贴片(12)由上向下紧贴层叠而成；
所述的金属化通孔(3)将顶层扇形金属贴片(10)、中间层的单层介质基片(11)和底层金属贴片(12)均贯穿；
所述的输入输出馈线(2)和扇形微带谐振腔(1)的顶层扇形金属贴片(10)在同一层，输入馈线(20)和输出馈线(21)均采用微带传输线实现端口的阻抗匹配；
所述的顶层扇形金属贴片(10)的角度和半径随着滤波器的工作频率的改变而改变。
2.如权利要求1所述的一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器，其特征在于：中间层的单层介质基片(11)和底层金属贴片(12)形状大小相同，其外边框尺寸需要超过顶层扇形金属贴片(10)加上输入输出馈线(2)的外边框尺寸；同时输入输出馈线端口需要在中间层的单层介质基片(11)和底层金属贴片(12)外轮廓线上；所述介质基片可以采用多种规格的介质基板实现，也可以根据工作频段的不同而有所差异。
3.如权利要求1所述的一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器，其特征在于：金属化通孔(3)的孔径、数量及位置可以根据工作频率进行调整。
CN202010083838.7A 2020-02-10 2020-02-10 一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器 Active CN111276780B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010083838.7A CN111276780B (zh) 2020-02-10 2020-02-10 一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010083838.7A CN111276780B (zh) 2020-02-10 2020-02-10 一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111276780A true CN111276780A (zh) 2020-06-12
CN111276780B CN111276780B (zh) 2021-08-03

Family

ID=71003575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010083838.7A Active CN111276780B (zh) 2020-02-10 2020-02-10 一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111276780B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323745B1 (en) * 1999-09-09 2001-11-27 Qualcomm Inc. Planar bandpass filter
WO2004079857A1 (ja) * 2003-03-04 2004-09-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 誘電体共振器装置、誘電体フィルタ、共用器および高周波通信装置
CN1874053A (zh) * 2006-06-08 2006-12-06 上海交通大学 加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器
CN202142626U (zh) * 2011-06-17 2012-02-08 河海大学常州校区 基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器
CN105914434A (zh) * 2016-05-09 2016-08-31 南京理工大学 一种三角形三模带通滤波器
CN206992276U (zh) * 2017-08-09 2018-02-09 厦门纵目实业有限公司 一种新型滤波元件
CN108539338A (zh) * 2018-05-21 2018-09-14 东南大学 一种基于开槽结构的四分之一模基片集成波导滤波器
CN109687070A (zh) * 2018-12-31 2019-04-26 瑞声科技（南京）有限公司 毫米波ltcc滤波器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323745B1 (en) * 1999-09-09 2001-11-27 Qualcomm Inc. Planar bandpass filter
WO2004079857A1 (ja) * 2003-03-04 2004-09-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 誘電体共振器装置、誘電体フィルタ、共用器および高周波通信装置
CN1874053A (zh) * 2006-06-08 2006-12-06 上海交通大学 加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器
CN202142626U (zh) * 2011-06-17 2012-02-08 河海大学常州校区 基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器
CN105914434A (zh) * 2016-05-09 2016-08-31 南京理工大学 一种三角形三模带通滤波器
CN206992276U (zh) * 2017-08-09 2018-02-09 厦门纵目实业有限公司 一种新型滤波元件
CN108539338A (zh) * 2018-05-21 2018-09-14 东南大学 一种基于开槽结构的四分之一模基片集成波导滤波器
CN109687070A (zh) * 2018-12-31 2019-04-26 瑞声科技（南京）有限公司 毫米波ltcc滤波器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尉伍等: "基于微带－槽线过渡的超宽带滤波器", 《压电与声光》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111276780B (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108400411B (zh) 基于三角形互补开口谐振环的集成基片波导带通滤波器
CN108879044B (zh) 一种具有宽阻带和高选择性的超宽带带通滤波器结构
CN106785290B (zh) 一种基于四分之一模基片集成波导圆形腔的滤波功分器
CN110838610B (zh) 一维滤波阵列介质波导带通滤波器及其设计方法
CN110797613B (zh) 一种十阶六陷波的介质波导滤波器
CN111446532B (zh) 一种基于基片集成波导的同轴谐振腔及其滤波器
WO2024087509A1 (zh) 一种高次模基片集成波导双通带圆形腔滤波器
CN111276781B (zh) 基于通孔扰动的高次模基片集成波导圆形腔滤波器
CN114284673B (zh) 一种基片集成波导双频带滤波巴伦
CN110190371B (zh) 一种波导功分器
CN212257633U (zh) 一种半模基片集成波导双带滤波器
CN116759779B (zh) 一种5g毫米波滤波功分模块
CN113764850A (zh) 一种接地共面波导-矩形波导滤波过渡结构
CN106532201A (zh) 基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器
CN111276780B (zh) 一种基于扇形微带谐振腔的带通滤波器
CN109301414B (zh) 一种圆形基片集成波导带通滤波器
CN105720340A (zh) 一种含有低频传输零点的紧凑型带通滤波器
CN108028450B (zh) 一种滤波单元及滤波器
CN112366432B (zh) 具有共模抑制且结构紧凑的三模hmsiw平衡带通滤波器
CN111697321B (zh) 一种基于半模基片集成波导结构的滤波天线
CN115064851A (zh) 一种矩形腔和圆形腔多模耦合的基片集成波导双工器
CN110739517B (zh) 一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统
CN114512779A (zh) 一种高选择性宽带ltcc滤波功分器集成芯片
CN110556617A (zh) 一种小型化高隔离车载射频信号分离器
CN216529289U (zh) 一种用于无线数传的四分之一模慢波介质集成波导滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant