CN113300065B - 基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，该滤波器包含2个等腰直角三角形谐振腔体、1个等边三角形谐振腔体和2条微带线。两条微带线位于顶层金属层分别连接2个等腰直角三角形谐振器腔体。介质基片上排布有垂直于介质基片边沿的金属化通孔。相邻两个谐振腔之间的金属通孔排布留有一段空隙。等边三角形腔体中设置有一个单独的金属化通孔，用以调节等边三角形腔的模式与频率。三个三角形谐振腔两两耦合形成具有两个传输零点的带通滤波器，克服了带外性能较差的缺点。本发明设计结构简单，滤波器结构紧凑，馈电简单，并且含有传输零点，可以有效抑制带外谐波，加工难度低，同时插损较低，更适合应用于现代毫米波电路集成。

Description

基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，属于毫米波技术领域。
背景技术
随着无线通信的发展，现代滤波器朝着低成本，重量轻，小型化，高功率容量，高性能的方向发展。基片集成波导（SIW：Substrate Integrated Waveguide）因其品质因数高、插入损耗低、易于加工等优点而得到了广泛关注，并在微波、毫米波电路中有着广阔的应用。过去二十年中，已经有大量文献对矩形、圆形基片集成波导进行了深入研究。而三角形基片集成波导在具备高品质因数、低插入损耗等优点的同时，还有结构紧凑，易于布局的优势，亟待开发和应用。
与此同时，随着频率范围的不断提高，现代通信技术对毫米波器件小型化的要求将不断提高。双模基片集成波导滤波器是对基片集成波导滤波器技术的一个重要发展。双模基片集成波导滤波器可以在设计滤波器的过程中显著减少谐振腔的数量减小滤波器的尺寸，增加了设计的灵活性。同时使用不同模式的基片集成波导结构还能在滤波器的阻带引入传输零点，得到非对称的或者准椭圆函数响应，提高滤波器的带外抑制以及选择特性提高滤波器的性能。
综上所述，基于三角形基片集成波导的混合模式滤波器在具备品质因数高、插入损耗低、带外性能优秀等优点的同时，还有结构紧凑，易于布局的优势，亟待开发和应用。
发明内容
为了解决上述背景技术所提出的问题，本发明提供了一种双层三角形基片集成波导滤波器。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，所述混合模式带通滤波器包括介质基片，设置在所述介质基片上均匀排布的金属通孔列以及设置在所述介质基片上、下表面的金属层构成第一至第三三角形谐振腔体；
所述第一和第二三角形谐振腔体是两个大小相同的等腰直角三角形谐振腔体，所述第三三角形谐振腔体是一个等边三角形谐振腔体，两个所述等腰直角三角形谐振腔体在一条直角边处采用直接耦合的方式级联在一起，在另一条直角边处采用直接耦合的方式与所述等边三角形谐振腔体级联；
在所述介质基片的上表面、所述第二等腰直角三角形谐振腔体的两个直角边的中点处分别连接一条微带线；
相邻两个所述三角形谐振腔体之间的金属通孔列上留有一段作为耦合窗口的空隙，三个所述三角形谐振腔两两耦合形成具有两个传输零点的带通滤波器。
进一步，所述等边三角形谐振腔体上还设有一个金属通孔，所述金属通孔设置在所述等边三角形谐振腔体与两个所述等腰直角三角形谐振腔体相连的边的中线上。
进一步，每条所述微带线与三角形谐振腔体相连处开有延伸到三角形谐振腔体内的细槽。
进一步，每条所述微带线与三角形谐振腔体相连处不设置金属通孔。
进一步，所述混合模式带通滤波器为镜面对称结构。
进一步，所述三角形谐振腔体由分别设置在所述介质基片上、下表面的金属层以及设置在所述介质基片上的三个首尾相接的金属通孔列构成。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明利用两个工作于主模的等腰直角三角形和一个工作在第一和第二高次模的等边三角形耦合，构成了一个带通滤波器，同时在带外的高频和低频处分别产生了一个传输零点，改善了滤波器的通带外性能；同时，利用混合模式的设计方法使滤波器整体体积更小，结构更紧凑；
（2）本发明通过调整正三角形腔内的金属化通孔的位置来进一步调整该滤波器的回波损耗，从而实现了更好的通带内性能；
（3）本发明中两条所述微带线分别通过一个共面波导过渡结构接入三角形基片集成波导谐振腔，提升通带内的性能，减小了带内差损，并且对整体结构没有影响；
（4）本滤波器整体结构简单且紧凑，易于加工，成本低廉，在减小滤波电路尺寸的同时具有良好的电路性能，适用于微波、毫米波集成电路之中，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明中滤波器的三维剖析示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是本发明中单个谐振器腔体的三维剖析示意图；
图4是本发明中带通滤波器S参数仿真波形图；
标号说明：1、顶层金属层；2、介质基片；3、圆形金属通孔；4、底层金属层；5、独立金属通孔。
具体实施方式
以下将结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
由图1、图2可知，本发明的混合模式带通滤波器为镜面对称结构，由上至下的顶层金属层1、介质基片2和底层金属层3构成，包括三个三角形谐振腔体。其中第一、第二谐振腔为等腰直角三角形谐振腔体（①和②）且大小相同，工作在主模；第三谐振腔为等边三角形谐振腔体③，工作在第一和第二高次模。三个三角形谐振腔的介质基片上排布有垂直于介质基片边沿的金属柱通孔4，每个谐振腔以均匀排布的圆形金属通孔作为分界。相邻两个谐振腔之间的金属通孔排布留有一段作为耦合窗口的空隙。所述三个谐振腔分别以相邻两个谐振腔之间的面为耦合面，两两耦合形成一个带通滤波器。所述第一微带线与整体谐振腔的边界中属于第一谐振腔边界的中点相连，第二微带线与整体谐振腔的边界中属于第二谐振腔边界的中点相连，而且第一、第二微带线与整体谐振腔的相连处无金属化通孔。在本实施案例中，所述介质基片为 Rogers 5880介质板，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
其中，第三谐振腔中设有一个单独的金属化通孔5，位于第三谐振腔与第一、第二谐振腔相连的三角形边的中线上。
另外，第一、第二微带线与谐振腔相连处开有延伸到腔体内的细槽。第一、第二微带线的阻抗均为50欧姆。
如图3所示，本发明中的三角形谐振腔体由分别设置在所述介质基片上、下表面的金属层以及设置在所述介质基片上的三个首尾相接的金属通孔列构成。
如图4为带通滤波器的S参数仿真波形图，其横坐标为频率（单位：GHz）,纵坐标为S参数（单位：dB），实线与虚线分别表示电磁波反射系数与频率的关系、电磁波传输系数与频率的关系，本发明混合模式滤波器的3-dB工作带宽为17 GHz-18 GHz,中心频率为17.5GHz,相对带宽为5.7%，输入端口与输出端口的回波损耗均大于20dB。通带两边16.8GHz和18.26GHz处分别有一个传输零点，提高了该滤波器的选择特性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能依此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，其特征在于，所述混合模式带通滤波器包括介质基片，设置在所述介质基片上均匀排布的金属通孔列以及设置在所述介质基片上、下表面的金属层构成第一至第三三角形谐振腔体；
所述第一和第二三角形谐振腔体是两个大小相同的等腰直角三角形谐振腔体，所述第三三角形谐振腔体是一个等边三角形谐振腔体，两个所述等腰直角三角形谐振腔体在一条直角边处采用直接耦合的方式级联在一起，在另一条直角边处采用直接耦合的方式与所述等边三角形谐振腔体级联；
在所述介质基片的上表面、所述第一、第二等腰直角三角形谐振腔体的两个斜边的中点处分别连接一条微带线；
相邻两个所述三角形谐振腔体之间的金属通孔列上留有一段作为耦合窗口的空隙，三个所述三角形谐振腔两两耦合形成具有两个传输零点的带通滤波器。
2.如权利要求1所述的基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，其特征在于，所述等边三角形谐振腔体上还设有一个金属通孔，所述金属通孔设置在所述等边三角形谐振腔体与两个所述等腰直角三角形谐振腔体相连的边的中线上。
3.如权利要求1所述的基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，其特征在于，每条所述微带线与三角形谐振腔体相连处开有延伸到三角形谐振腔体内的细槽。
4.如权利要求1所述的基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，其特征在于，每条所述微带线与三角形谐振腔体相连处不设置金属通孔。
5.如权利要求1所述的基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，其特征在于，所述混合模式带通滤波器为镜面对称结构。
6.如权利要求1所述的基于三角形基片集成波导的混合模式带通滤波器，其特征在于，所述三角形谐振腔体由分别设置在所述介质基片上、下表面的金属层以及设置在所述介质基片上的三个首尾相接的金属通孔列构成。
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