CN113161703A - 一种用于电力专网通信的高选择性siw带通滤波器 - Google Patents

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张照辉
黄强
胡成博
李玉杰
陶风波
赵科
贾骏
徐阳
陈少波
高山
李洪涛
刘媛
腾云
刘咏飞
杨騉
肖焓艳
马径坦
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，第一金属化通孔周期性排列形成四个谐振腔体，第一谐振腔和第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔、第二谐振腔和第四谐振腔之间均具有感性耦合窗口；第一谐振腔和第三谐振腔之间具有一个容性耦合窗口；在容性耦合窗口的上层金属贴片位置蚀刻有两个头尾相连的第一半圆形槽，第一半圆形槽的中心均设置有第二金属化通孔；在容性耦合窗口的下层金属贴片位置蚀刻有两条头尾相连的第二半圆形槽，第二半圆形槽与第一半圆形槽呈镜像对称。通过引入这种频变耦合结构产生了两个传输零点，并且传输零点独立可控，从而提高了带通滤波器的选择性，不增加谐振器的情况下保持小型化实现高选择性，提高了带外抑制性能。

Description

一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器。
背景技术
基于基片集成波导(SIW)的带通滤波器具有制作简单、插入损耗低、与其它平面电路集成等优点，在电力无线专用网通信系统中得到了广泛的研究。SIW带通滤波器是由上至下设置的上层金属贴片、介质基片、下层金属贴片，若干个金属通孔组成的类波导结构；
直线拓扑结构的四阶SIW滤波器一般仅存在一个传输零点，因而限制了带通滤波器的带外抑制性能，带通滤波器的选择性不高。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，解决了现有直线拓扑结构的四阶SIW滤波器限制了带通滤波器的带外抑制性能，带通滤波器的选择性不高的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，包括：上层金属贴片、中间介质层，下层金属贴片和若干个贯穿于上层金属贴片、中间介质层和下层金属贴片的第一金属化通孔，以及输入端口和输出端口；
所述第一金属化通孔周期性排列形成四个谐振腔体，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔；
第一谐振腔和第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔、第二谐振腔和第四谐振腔之间均具有感性耦合窗口；第一谐振腔和第三谐振腔之间具有一个容性耦合窗口；在容性耦合窗口的上层金属贴片位置蚀刻有两个头尾相连的第一半圆形槽，第一半圆形槽的中心均设置有第二金属化通孔；在容性耦合窗口的下层金属贴片位置蚀刻有两条头尾相连的第二半圆形槽，第二半圆形槽与第一半圆形槽呈镜像对称；
输入端口和输出端口均设置在上层金属贴片之上，输入端口与第二谐振腔连通，输出端口与第四谐振腔连通。
进一步的，所述感性耦合窗口为通过在第一谐振腔和第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔、第二谐振腔和第四谐振腔之间舍去两个第一金属化通孔形成。
进一步的，所述容性耦合窗口为通过在第一谐振腔和第三谐振腔之间舍去三个第一金属化通孔形成。
进一步的，所述第一半圆形槽和第二半圆形槽均与第二金属化通孔共圆心。
进一步的，所述第二金属化通孔半径为0.16mm，第一金属化通孔之间的间隙为1mm。
进一步的，所述感性耦合窗口宽度为2.75mm。
进一步的，所述第一半圆形槽和第二半圆形槽形成的圆的直径为1.2mm。
进一步的，所述四个谐振腔体的尺寸为lw*lw，lw为11.8mm。
本发明所达到的有益效果：本发明通过第一金属化通孔周期性排列形成四个谐振腔体，第一谐振腔和第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔、第二谐振腔和第四谐振腔之间均具有感性耦合窗口；第一谐振腔和第三谐振腔之间具有一个容性耦合窗口；在容性耦合窗口的上层金属贴片位置蚀刻有两个头尾相连的第一半圆形槽，第一半圆形槽的中心均设置有第二金属化通孔；在容性耦合窗口的下层金属贴片位置蚀刻有两条头尾相连的第二半圆形槽，第二半圆形槽与第一半圆形槽呈镜像对称；通过引入这种频变耦合结构产生了两个传输零点，并且传输零点独立可控，从而提高了带通滤波器的选择性，不增加谐振器的情况下(保持小型化)实现高选择性，提高了带外抑制性能。
附图说明
图1(a)是本发明具体实施方式中的带通滤波器结构侧视图；
图1(b)是本发明具体实施方式中的带通滤波器结构俯视图；
图1(c)是本发明具体实施方式中的带通滤波器结构仰视图；
图2是本发明具体实施方式中的带通滤波器拓扑结构示意图；
图3是本发明具体实施方式中的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本发明公开了一种电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，是一种基于频变耦合结构的用于Ka波段的四阶SIW带通滤波器，包括：上层金属贴片1、中间介质层2，下层金属贴片3和若干个贯穿于上层金属贴片1、中间介质层2和下层金属贴片3的第一金属化通孔4；
所述第一金属化通孔4周期性排列形成了四个谐振腔体，包括：第一谐振腔5、第二谐振腔6、第三谐振腔7和第四谐振腔8。
第一谐振腔5和第二谐振腔6、第三谐振腔7和第四谐振腔8、第二谐振腔6和第四谐振腔8之间均舍去两个第一金属化通孔，从而形成了三个宽度为w2的感性耦合窗口。
第一谐振腔5和第三谐振腔7之间舍去3个第一金属化通孔形成一个容性耦合窗口，宽度为w1，并在容性耦合窗口的上层金属贴片位置刻蚀两个头尾相连的第一半圆形槽10，半圆形槽的中心均有第二金属化通孔，在容性耦合窗口的下层金属贴片位置刻蚀有两条头尾相连的第二半圆形槽，第二半圆形槽与上层金属贴片的第一半圆形槽10呈镜像对称，所述第一半圆形槽10和第二半圆形槽均与第二金属化通孔11共圆心。第二金属化通孔11贯穿上层贴片1、中间介质层2和下层金属贴片，半径为0.16mm。
中间介质层2为Rogers 588，介电常数为2.2。
所述感性耦合窗口宽度w2为2.75mm。周期性排列的第一金属化通孔4之间的间隙g1为1mm。第一半圆形槽10和第二半圆形槽形成的圆的直径R为1.2mm。所组成的四个谐振腔的整体尺寸为lw*lw，lw为11.8mm。
该滤波器还包括输入端口12和输出端口9，输入端口12和输出端口9均设置在上层金属贴片之上，输入端口12与第二谐振腔6连通，输出端口9与第四谐振腔8连通。输入端口12和输出端口9馈电结构采用微带转共面波导结构，微带线宽度为w3，嵌入腔体的共面波导长度为w4，w3为1.55mm。
本发明采用混合可控电磁耦合的设计理念，产生一种混合耦合，包括正耦合(感性耦合)和负耦合(容性耦合)，可以相互抵消。其中正耦合主要由位于结构中心的两个第二金属化通孔11控制，而首尾相连的半圆形槽10提供负耦合。两个第二金属化通孔11放置在SIW腔谐振器之间，用于反转传输信号的相位，减少通孔与S形槽之间的间距可以消除少量的负耦合，对其进行优化，以保证负耦合与正耦合的比例。
第一谐振腔5和第三谐振腔7组成了频变耦合结构，在不增加谐振器的情况下(保持小型化)实现高选择性，本发明通过引入频变耦合结构产生了一个额外的传输零点，并且该传输零点独立可控，提高了带通滤波器的选择性。
如图2所示，S为源，L为负载，﹢为正耦合，﹣为负耦合，箭头为可控的混合耦合。
实施例2：
如图3所示，通过数值仿真得到滤波器的频谱响应，b为传输系数曲线，c为反射系数曲线，SIW滤波器的中心频率为21.95GHz，带宽为360MHz，插损小于1.7dB，在通带外分别产生了传输零点a和传输零点d，分别位于21.2GHz和22.7GHz，带外抑制25dB，因此，带外抑制性能好，该滤波器具有高选择性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，包括：上层金属贴片、中间介质层，下层金属贴片和若干个贯穿于上层金属贴片、中间介质层和下层金属贴片的第一金属化通孔，以及输入端口和输出端口；
所述第一金属化通孔周期性排列形成四个谐振腔体，包括：第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔；
第一谐振腔和第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔、第二谐振腔和第四谐振腔之间均具有感性耦合窗口；第一谐振腔和第三谐振腔之间具有一个容性耦合窗口；在容性耦合窗口的上层金属贴片位置蚀刻有两个头尾相连的第一半圆形槽，第一半圆形槽的中心均设置有第二金属化通孔；在容性耦合窗口的下层金属贴片位置蚀刻有两条头尾相连的第二半圆形槽，第二半圆形槽与第一半圆形槽呈镜像对称；
输入端口和输出端口均设置在上层金属贴片之上，输入端口与第二谐振腔连通，输出端口与第四谐振腔连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述感性耦合窗口为通过在第一谐振腔和第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔、第二谐振腔和第四谐振腔之间舍去两个第一金属化通孔形成。
3.根据权利要求1所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述容性耦合窗口为通过在第一谐振腔和第三谐振腔之间舍去三个第一金属化通孔形成。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述第一半圆形槽和第二半圆形槽均与第二金属化通孔共圆心。
5.根据权利要求1所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述第二金属化通孔半径为0.16mm，第一金属化通孔之间的间隙为1mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述感性耦合窗口宽度为2.75mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述第一半圆形槽和第二半圆形槽形成的圆的直径为1.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于电力专网通信的高选择性SIW带通滤波器，其特征在于，所述四个谐振腔体的尺寸为lw*lw，lw为11.8mm。
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