CN112086717B - 一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括从上到下依次设置的第一层金属板、第一层介质板、第二层金属板、第二层介质板和第三层金属板，并依次固定连接，所述的第一层金属板的表面设置有微带转共面波导馈线结构，所述的第二层金属板包括四个容性贴片，所述的第三层金属板为全金属覆盖的地，所述的第二层介质板中开设有金属化盲孔，所述的金属化盲孔的顶端与容性贴片的底端固定连接，所述的金属化盲孔的底端与全金属覆盖的地的顶端固定连接，所述的第一层介质板和第二层介质板内开设有相互连通的金属通孔，所述金属通孔连通第一层金属板和第三层金属板。本发明具有更加小型化且能够实现高选择性的特点。

Description

一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统对前端电路的重量、体积、集成度和电气性能等提出越来越高的要求，微波滤波器作为选频器件，广泛应用于通信系统前端电路，相比于微带谐振器，基片集成波导谐振器具有较高的品质因数，使得基片集成波导带通滤波器具有更小的带内插入损耗，因此基片集成波导滤波器在通信系统前端电路中得到广泛研究和应用。

使用双模基片集成波导谐振器设计微波滤波器可以实现小型化的目标，并且双模滤波器可以实现有限频率传输零点，因此还具有高选择性的优点，双模基片集成波导滤波器可以采用双模扇形基片集成波导谐振器和双模方形基片集成波导谐振器等设计实现，基于以上双模基片集成波导滤波器，虽然可以实现小型化、高选择性的微波带通滤波器，但是对于对尺寸有更严格要求的通信系统，其尺寸依旧不能满足应用需求，为了克服以上不足，提出一种更加小型化且能够实现高选择性的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种更加小型化且能够实现高选择性的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器。

本发明采用的技术方案为：一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括从上到下依次设置的第一层金属板、第一层介质板、第二层金属板、第二层介质板和第三层金属板，并依次固定连接，所述的第一层金属板的表面设置有微带转共面波导馈线结构，所述的第二层金属板包括四个容性贴片，所述的第三层金属板为全金属覆盖的地，所述的第二层介质板中开设有金属化盲孔，所述的金属化盲孔的顶端与容性贴片的底端固定连接，所述的金属化盲孔的底端与全金属覆盖的地的顶端固定连接，所述的第一层介质板和第二层介质板内开设有相互连通的金属通孔，所述金属通孔连通第一层金属板和第三层金属板。

进一步地，所述的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括有对角线P₁P₂和对角线T₁T₂并关于对角线T₁T₂对称，其中两个所述的容性贴片分别位于对角线P₁P₂的四分之一和四分之三处，另两个所述的容性贴片分别位于对角线T₁T₂的四分之一和四分之三处，且对角线P₁P₂上的容性贴片尺寸小于对角线T₁T₂上的容性贴片尺寸，所述容性贴片的厚度为15-20μm。

进一步地，所述微带转共面波导馈线结构包括输入端口和输出端口，所述的输入端口和输出端口分别位于对角线P₁P₂同一侧的相邻两边，所述的输入端口和输出端口均由两个方向相反且对称设置的L型金属通孔组成，所述L型金属通孔的长端垂直于第一层金属板的边，所述输入端口和输出端口均为50Ω微带线转共面波导结构。

优选的，所述容性贴片为圆形，所述金属化盲孔的圆心与容性贴片的圆心对应重合，所述金属化盲孔的直径为0.5-0.7mm。

优选的，所述金属通孔有多个并均匀设置于第一层金属板和第三层金属板的边缘处，所述金属通孔的直径为0.5-0.7mm，两相邻金属通孔之间的距离为1mm，所述微带转共面波导馈线结构中的馈电微带线宽度为1.5-1.6mm，所述微带转共面波导馈线结构中的缝隙宽度为0.2-0.3mm。

优选的，所述第一层金属板和第三层金属板的厚度均为30-40μm。

优选的，所述第一层介质板和第二层介质板的型号均为Rogers5880，厚度均为0.25-0.26mm，相对介电常数均为2.2。

本发明的有益效果：

1、本发明通过采用四个容性贴片加载双模方向基片集成波导谐振器来设计滤波器，有效降低了双模谐振器中TE₁₀₂模和TE₂₀₁模的等效电容，从而大大减小了双模基片集成波导带通滤波器的尺寸，使带通滤波器更加小型化。

2、本发明通过容性贴片的设置，并且将对角线P₁P₂上的容性贴片尺寸设置为小于对角线T₁T₂上的容性贴片尺寸，能够在通带两侧分别产生一个有限传输零点，实现近似椭圆响应，使其具有高选择性的特点。

3、本发明通过金属通孔的设置，与双模微带滤波器相比具有电磁屏蔽作用，能够抑制电磁能量向外辐射，并且具有更强的抗干扰能力和更高的功率容量的特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述容性贴片的侧视剖面结构示意图；

图3为本发明所述第一层金属板的俯视示意图；

图4为本发明所述容性贴片的俯视剖面示意图；

图5为本发明所述两个有限传输零点位置的仿真曲线图；

图6为本发明所述滤波器改变容性贴片尺寸时的仿真曲线图；

图7本发明所述滤波器的散射参数仿真与测试结果曲线图。

图中：1、第一层金属板 2、第一层介质板 3、第二层金属板 4、第二层介质板5、第三层金属板 6、微带转共面波导馈线结构 601、输入端口 602、输出端口 7、容性贴片 8、金属化盲孔 9、金属通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，以下结合实施例具体说明。

实施例1

如图1-4所示，一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括从上到下依次设置的第一层金属板1、第一层介质板2、第二层金属板3、第二层介质板4和第三层金属板5，并依次固定连接，所述第一层金属板1和第三层金属板5的厚度均为30μm，所述第一层介质板2和第二层介质板4的型号均为Rogers5880，厚度均为0.25mm，相对介电常数均为2.2，所述的第一层金属板1的表面设置有微带转共面波导馈线结构6，所述的第二层金属板3包括四个容性贴片7，所述的第三层金属板5为全金属覆盖的地，所述的第二层介质板4中开设有金属化盲孔8，所述的金属化盲孔8的顶端与容性贴片7的底端固定连接，所述的金属化盲孔8的底端与全金属覆盖的地的顶端固定连接，所述的第一层介质板2和第二层介质板4内开设有相互连通的金属通孔9，所述金属通孔9连通第一层金属板1和第三层金属板5。

所述的容性贴片7加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括有对角线P₁P₂和对角线T₁T₂并关于对角线T₁T₂对称，其中两个所述的容性贴片7分别位于对角线P₁P₂的四分之一和四分之三处，另两个所述的容性贴片7分别位于对角线T₁T₂的四分之一和四分之三处，且对角线P₁P₂上的容性贴片7尺寸小于对角线T₁T₂上的容性贴片7尺寸，即R ₁ <R ₂ ，从而使该带通滤波器具有两个有限传输零点，提高该带通滤波器通带的选择性，所述容性贴片的厚度为15μm。

所述微带转共面波导馈线结构6包括输入端口601和输出端口602，所述的输入端口601和输出端口602分别位于对角线P₁P₂同一侧的相邻两边，所述的输入端口601和输出端口602均由两个方向相反且对称设置的L型金属通孔组成，所述L型金属通孔的长端垂直于第一层金属板的边，所述输入端口601和输出端口602均为50Ω微带线转共面波导结构，激励容性加载的双模基片集成波导谐振器中的TE₁₀₂模和TE₂₀₁模，输入、输出端口的馈线能够偏离谐振器中心位置，进而控制谐振器中TE₁₀₂模和TE₂₀₁模与输入、输出端口的耦合强度，从而控制两个有限频率传输零点的位置，馈线偏离谐振器中心的位置记为D _in，D _in与两个有限频率传输零点的位置关系仿真曲线如图5所示。

所述容性贴片7为圆形，所述金属化盲孔8的圆心与容性贴片7的圆心对应重合，所述金属化盲孔8的直径为0.5mm，即R ₀ =0.5mm，当对角线P₁P₂和对角线T₁T₂上的容性贴片7尺寸改变时，其工作频率也将发生变化，容性贴片7尺寸改变时的带通滤波器的仿真曲线如图6所示，由图中可以看出，增加容性贴片7的尺寸时，实现工作频率的降低，并且带通滤波器整体结构尺寸不变，因此实现了双模基片集成波导带通滤波器小型化的目的。

所述金属通孔9有多个并均匀设置于第一层金属板1和第三层金属板5的边缘处，所述金属通孔9的直径为0.5mm，两相邻金属通孔9之间的距离为1mm，所述微带转共面波导馈线结构6中的馈电微带线宽度W ₀ ，即两个L型通孔的长端之间的距离为1.5mm，所述微带转共面波导馈线结构6中的缝隙宽度g ₀ ，即L型通孔长端的孔宽为0.2mm。

如图7所示，为本发明实施例中的双模基片集成波导带通滤波器的散射参数仿真与测试结果，测试的中心频率为8.48 GHz，带内插入损耗1.24 dB，带内反射损耗为12.37dB，1 dB的带宽为175 MHz，相对带宽2.06％，测得两个有限频率传输零点分别位于8.17GHz和8.89 GHz，实施例中所示的带通滤波器实现了通带两侧分别有一个有限频率传输零点，表明了双模基片集成波导带通滤波器具有很好的通带选择性。

另外，在本发明实施例中，设计的双模基片集成波导带通滤波器的尺寸为20 mm×20 mm，若使用传统的双模基片集成波导谐振器设计实现相同工作频率的带通滤波器，需要的尺寸为27.5 mm×27.5 mm，相比于传统的双模基片集成波导带通滤波器设计方法，本发明所述的容性贴片7加载的双模基片集成波导带通滤波器，其尺寸仅为传统双模基片集成波导带通滤波器的64%，因此，再一次证明了本发明所述的双模基片集成波导带通滤波器达到了更加小型化的目的。

实施例2

如图1-4所示，一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括从上到下依次设置的第一层金属板1、第一层介质板2、第二层金属板3、第二层介质板4和第三层金属板5，并依次固定连接，所述第一层金属板1和第三层金属板5的厚度均为40μm，所述第一层介质板2和第二层介质板4的型号均为Rogers5880，厚度均为0.26mm，相对介电常数均为2.2，所述的第一层金属板1的表面设置有微带转共面波导馈线结构6，所述的第二层金属板3包括四个容性贴片7，所述的第三层金属板5为全金属覆盖的地，所述的第二层介质板4中开设有金属化盲孔8，所述的金属化盲孔8的顶端与容性贴片7的底端固定连接，所述的金属化盲孔8的底端与全金属覆盖的地的顶端固定连接，所述的第一层介质板2和第二层介质板4内开设有相互连通的金属通孔9，所述金属通孔9连通第一层金属板1和第三层金属板5。

所述的容性贴片7加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括有对角线P₁P₂和对角线T₁T₂并关于对角线T₁T₂对称，其中两个所述的容性贴片7分别位于对角线P₁P₂的四分之一和四分之三处，另两个所述的容性贴片7分别位于对角线T₁T₂的四分之一和四分之三处，且对角线P₁P₂上的容性贴片7尺寸小于对角线T₁T₂上的容性贴片7尺寸，即R ₁ <R ₂ ，从而使该带通滤波器具有两个有限传输零点，提高该带通滤波器通带的选择性，所述容性贴片的厚度为20μm。

所述微带转共面波导馈线结构6包括输入端口601和输出端口602，所述的输入端口601和输出端口602分别位于对角线P₁P₂同一侧的相邻两边，所述的输入端口601和输出端口602均由两个方向相反且对称设置的L型金属通孔组成，所述L型金属通孔的长端垂直于第一层金属板的边，所述输入端口601和输出端口602均为50Ω微带线转共面波导结构，激励容性加载的双模基片集成波导谐振器中的TE₁₀₂模和TE₂₀₁模，输入、输出端口的馈线能够偏离谐振器中心位置，进而控制谐振器中TE₁₀₂模和TE₂₀₁模与输入、输出端口的耦合强度，从而控制两个有限频率传输零点的位置，馈线偏离谐振器中心的位置记为D _in，D _in与两个有限频率传输零点的位置关系仿真曲线如图5所示。

所述容性贴片7为圆形，所述金属化盲孔8的圆心与容性贴片7的圆心对应重合，所述金属化盲孔8的直径为0.7mm，即R ₀ =0.7mm，当对角线P₁P₂和对角线T₁T₂上的容性贴片7尺寸改变时，其工作频率也将发生变化，容性贴片7尺寸改变时的带通滤波器的仿真曲线如图6所示，由图中可以看出，增加容性贴片7的尺寸时，实现工作频率的降低，并且带通滤波器整体结构尺寸不变，因此实现了双模基片集成波导带通滤波器小型化的目的。

所述金属通孔9有多个并均匀设置于第一层金属板1和第三层金属板5的边缘处，所述金属通孔9的直径为0.7mm，两相邻金属通孔9之间的距离为1mm，所述微带转共面波导馈线结构6中的馈电微带线宽度W ₀ ，即两个L型通孔的长端之间的距离为1.6mm，所述微带转共面波导馈线结构中的缝隙宽度g ₀ ，即L型通孔长端的孔宽为0.3mm。

如图7所示，为本发明实施例中的双模基片集成波导带通滤波器的散射参数仿真与测试结果，测试的中心频率为8.48 GHz，带内插入损耗1.24 dB，带内反射损耗为12.37dB，1 dB的带宽为175 MHz，相对带宽2.06％，测得两个有限频率传输零点分别位于8.17GHz和8.89 GHz，实施例中所示的带通滤波器实现了通带两侧分别有一个有限频率传输零点，表明了双模基片集成波导带通滤波器具有很好的通带选择性。

另外，在本发明实施例中，设计的双模基片集成波导带通滤波器的尺寸为20 mm×20 mm，若使用传统的双模基片集成波导谐振器设计实现相同工作频率的带通滤波器，需要的尺寸为27.5 mm×27.5 mm，相比于传统的双模基片集成波导带通滤波器设计方法，本发明所述的容性贴片7加载的双模基片集成波导带通滤波器，其尺寸仅为传统双模基片集成波导带通滤波器的64%，因此，再一次证明了本发明所述的双模基片集成波导带通滤波器达到了更加小型化的目的。

实施例3

如图1-4所示，一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括从上到下依次设置的第一层金属板1、第一层介质板2、第二层金属板3、第二层介质板4和第三层金属板5，并依次固定连接，所述第一层金属板1和第三层金属板5的厚度均为35μm，所述第一层介质板2和第二层介质板4的型号均为Rogers5880，厚度均为0.254mm，相对介电常数均为2.2，所述的第一层金属板1的表面设置有微带转共面波导馈线结构6，所述的第二层金属板3包括四个容性贴片7，所述的第三层金属板5为全金属覆盖的地，所述的第二层介质板4中开设有金属化盲孔8，所述的金属化盲孔8的顶端与容性贴片7的底端固定连接，所述的金属化盲孔8的底端与全金属覆盖的地的顶端固定连接，所述的第一层介质板2和第二层介质板4内开设有相互连通的金属通孔9，所述金属通孔9连通第一层金属板1和第三层金属板5。

所述的容性贴片7加载的双模基片集成波导带通滤波器，包括有对角线P₁P₂和对角线T₁T₂并关于对角线T₁T₂对称，其中两个所述的容性贴片7分别位于对角线P₁P₂的四分之一和四分之三处，另两个所述的容性贴片7分别位于对角线T₁T₂的四分之一和四分之三处，且对角线P₁P₂上的容性贴片7尺寸小于对角线T₁T₂上的容性贴片7尺寸，即R ₁ <R ₂ ，从而使该带通滤波器具有两个有限传输零点，提高该带通滤波器通带的选择性，所述容性贴片的厚度为17μm。

所述微带转共面波导馈线结构6包括输入端口601和输出端口602，所述的输入端口601和输出端口602分别位于对角线P₁P₂同一侧的相邻两边，所述的输入端口601和输出端口602均由两个方向相反且对称设置的L型金属通孔组成，所述L型金属通孔的长端垂直于第一层金属板的边，所述输入端口601和输出端口602均为50Ω微带线转共面波导结构，激励容性加载的双模基片集成波导谐振器中的TE₁₀₂模和TE₂₀₁模，输入、输出端口的馈线能够偏离谐振器中心位置，进而控制谐振器中TE₁₀₂模和TE₂₀₁模与输入、输出端口的耦合强度，从而控制两个有限频率传输零点的位置，馈线偏离谐振器中心的位置记为D _in，D _in与两个有限频率传输零点的位置关系仿真曲线如图5所示。

所述容性贴片7为圆形，所述金属化盲孔8的圆心与容性贴片7的圆心对应重合，所述金属化盲孔8的直径为0.6mm，即R ₀ =0.6mm，当对角线P₁P₂和对角线T₁T₂上的容性贴片尺寸改变时，其工作频率也将发生变化，容性贴片7尺寸改变时的带通滤波器的仿真曲线如图6所示，由图中可以看出，增加容性贴片7的尺寸时，实现工作频率的降低，并且带通滤波器整体结构尺寸不变，因此实现了双模基片集成波导带通滤波器小型化的目的。

所述金属通孔9有多个并均匀设置于第一层金属板1和第三层金属板5的边缘处，所述金属通孔9的直径为0.6mm，两相邻金属通孔9之间的距离为1mm，所述微带转共面波导馈线结构6中的馈电微带线宽度W ₀ ，即两个L型通孔的长端之间的距离为1.54mm，所述微带转共面波导馈线结构6中的缝隙宽度g ₀ ，即L型通孔长端的孔宽为0.25mm。

如图7所示，为本发明实施例中的双模基片集成波导带通滤波器的散射参数仿真与测试结果，测试的中心频率为8.48 GHz，带内插入损耗1.24 dB，带内反射损耗为12.37dB，1 dB的带宽为175 MHz，相对带宽2.06％，测得两个有限频率传输零点分别位于8.17GHz和8.89 GHz，实施例中所示的带通滤波器实现了通带两侧分别有一个有限频率传输零点，表明了双模基片集成波导带通滤波器具有很好的通带选择性。

另外，在本发明实施例中，设计的双模基片集成波导带通滤波器的尺寸为20 mm×20 mm，若使用传统的双模基片集成波导谐振器设计实现相同工作频率的带通滤波器，需要的尺寸为27.5 mm×27.5 mm，相比于传统的双模基片集成波导带通滤波器设计方法，本发明所述的容性贴片7加载的双模基片集成波导带通滤波器，其尺寸仅为传统双模基片集成波导带通滤波器的64%，因此，再一次证明了本发明所述的双模基片集成波导带通滤波器达到了更加小型化的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：包括从上到下依次设置的第一层金属板、第一层介质板、第二层金属板、第二层介质板和第三层金属板，并依次固定连接，所述的第一层金属板的表面设置有微带转共面波导馈线结构，所述的第二层金属板包括四个容性贴片，所述的第三层金属板为全金属覆盖的地，所述的第二层介质板中开设有金属化盲孔，所述的金属化盲孔的顶端与容性贴片的底端固定连接，所述的金属化盲孔的底端与全金属覆盖的地的顶端固定连接，所述的第一层介质板和第二层介质板内开设有相互连通的金属通孔，所述金属通孔连通第一层金属板和第三层金属板；

所述的基片集成波导带通滤波器还包括有对角线P₁P₂和对角线T₁T₂并关于对角线T₁T₂对称，其中两个所述的容性贴片分别位于对角线P₁P₂的四分之一和四分之三处，另两个所述的容性贴片分别位于对角线T₁T₂的四分之一和四分之三处，且对角线P₁P₂上的容性贴片尺寸小于对角线T₁T₂上的容性贴片尺寸，所述容性贴片的厚度为15-20μm。

2.根据权利要求1 所述的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述微带转共面波导馈线结构包括输入端口和输出端口，所述的输入端口和输出端口分别位于对角线P₁P₂同一侧的相邻两边，所述的输入端口和输出端口均由两个方向相反且对称设置的L型金属通孔和设置于两个L型金属通孔之间的馈电微带线组成，所述L型金属通孔的长端垂直于第一层金属板的边，所述输入端口和输出端口均为50Ω微带线转共面波导结构。

3.根据权利要求1所述的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述容性贴片为圆形，所述金属化盲孔的圆心与容性贴片的圆心对应重合，所述金属化盲孔的直径为0.5-0.7mm。

4.根据权利要求1所述的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述金属通孔有多个并均匀设置于第一层金属板和第三层金属板的边缘处，所述金属通孔的直径为0.5-0.7mm，两相邻金属通孔之间的距离为1mm，所述微带转共面波导馈线结构中的馈电微带线宽度为1.5-1.6mm，所述微带转共面波导馈线结构中的缝隙宽度为0.2-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述第一层金属板和第三层金属板的厚度均为30-40μm。

6.根据权利要求1所述的容性贴片加载的双模基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述第一层介质板和第二层介质板的型号均为Rogers5880，厚度均为0.25-0.26mm，相对介电常数均为2.2。

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