CN114937856B - 一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，包括输入端口、输出端口、双折线接地共面波导结构和基片集成波导谐振腔。基片集成波导谐振腔包括介质基片、顶层金属、底层金属以及沿介质基片四周设置的贯穿顶层金属和底层金属的外围金属化通孔，外围金属化通孔围成的区域内设有多组共线的两列内部金属化通孔，共线的两列内部金属化通孔之间形成感性耦合窗，顶层金属上开设有位于感性耦合窗上方的双折线接地共面波导结构。本发明的滤波器具有结构简单、加工方便、插入损耗低、相对带宽大、频率选择性高以及频率响应灵活的特点，适合应用于现代微波电路领域。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器。
背景技术
滤波器是能够影响微波系统整体性能的常用器件，滤波器的指标中最重要的就是频率选择性。为了提高滤波器的频率选择性，可以通过交叉耦合技术或混合电磁耦合技术使滤波器产生传输零点，这样在不增加滤波器阶数的情况下，就可以改善滤波器的频率选择性，提高系统的整体性能。
交叉耦合是指非相邻谐振器之间、源和负载之间存在耦合，这样就会形成多条信号路径，在某些频率下使到达滤波器输出端的各路信号相互抵消，使滤波器产生传输零点。混合电磁耦合是指在相邻谐振器之间既存在电耦合也存在磁耦合，在某个频率点上，通过电场耦合的信号和通过磁场耦合的信号等幅反相抵消，使滤波器产生传输零点，或者理解为在某个频率点上，电耦合与磁耦合相互抵消，导致总耦合系数为零，因而使滤波器形成传输零点。与交叉耦合滤波器相比，混合电磁耦合滤波器在直线拓扑的情况下依然可以实现传输零点。因此，在要求滤波器必须为直线拓扑的情况下，采用混合电磁耦合技术的滤波器依然可以具有较高的选择性。
现有技术中，授权公告号为：CN105762448B的中国专利，公开了一种可控混合电磁耦合基片集成波导滤波器，包括非谐振节点结构，非谐振节点结构包括三条平行的槽线，该结构采用三条槽线会加大辐射损耗和加工复杂，且该结构没有充分的控制电耦合和磁耦合的相对大小，导致频率选择性不是很好。
由上述分析可知，混合电磁耦合滤波器在很多应用中具有明显的优势，可以说混合电磁耦合滤波器具有广泛的应用前景。综上所述，如何发挥基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器的优势，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种结构简单、可为多阶的基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，包括输入端口、输出端口、双折线接地共面波导结构和多个基片集成波导谐振腔，多个所述基片集成波导谐振腔包括介质基片、设置在介质基片上下表面的顶层金属和底层金属，沿介质基片四周设置有贯穿顶层金属和底层金属的外围金属化通孔，外围金属化通孔围成的区域内设有至少一组共线的内部金属化通孔，每组内部金属化通孔均包括沿水平中心线对称的两列内部金属化通孔，每组中的两列内部金属化通孔之间形成感性耦合窗，所述双折线接地共面波导结构水平设置在顶层金属上且处于所述输入端口和输出端口之间，所述双折线接地共面波导结构包括两条关于水平中心线对称的双折线，所述双折线两端的竖直折线的端部不超出所述外围金属化通孔。
本发明的进一步改进在于：两条所述双折线的形状、尺寸均相同，两条所述双折线之间的间距与输入端口、输出端口的微带线的宽度一致。
本发明的进一步改进在于：所述双折线接地共面波导结构的个数至少一个且不超过感性耦合窗的个数。
本发明的进一步改进在于：所述内部金属化通孔为奇数组时，所述双折线的水平端部延伸至基片集成波导谐振腔的中心。
本发明的进一步改进在于：所述内部金属化通孔为偶数组时，处于同一个所述基片集成波导谐振腔的两个所述双折线接地共面波导结构的所述双折线的相邻的端部成该腔体的竖直中心线对称，并接近竖直中心线，且这两个所述两个所述双折线接地共面波导结构的间距大于零。
本发明的进一步改进在于：所述基片集成波导谐振腔的形状为方形或者矩形。
本发明的进一步改进在于：每列内部金属化通孔均与沿所述介质基片长边设置的外围金属化通孔垂直。
本发明的进一步改进在于：每组的每列内部金属化通孔的数量为一个、两个或多个。
本发明的进一步改进在于：每个所述外围金属化通孔、内部金属化通孔的形状、尺寸均相同，每两个相邻的外围金属化通孔之间的间距与每两个相邻的内部金属化通孔之间的间距相同。
本发明的进一步改进在于：所述介质基片为Rogers 5880 介质板，其中介质基片的介电常数为2.2，介质基片的厚度为0.508mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明在感性耦合窗之间引入双折线接地共面波导结构来实现混合电磁耦合，通过级联两个、三个或者多个二阶混合电磁耦合滤波器，构造出三阶、四阶甚至更高阶的混合电磁耦合滤波器，从而实现上下阻带都产生传输零点的高选择性滤波器。
2、本发明的双折线接地共面波导结构在谐振腔内弯折，能够获得更多的电耦合。
3、本发明的滤波器仅采用一层介质基片，具有结构简单，加工方便、相对带宽大、插入损耗低、频率选择性好以及频率响应灵活的特点，适合应用于现代微波电路领域。
附图说明
图1是本发明实施例一所公开的滤波器的平面结构示意图。
图2是本发明实施例一所公开的滤波器的频率响应曲线图。
图3是本发明实施例二所公开的滤波器的平面结构示意图。
图4是本发明实施例二所公开的滤波器的频率响应曲线图。
图5是本发明实施例二所公开的滤波器的平面结构示意图。
图6是本发明实施例二所公开的滤波器的频率响应曲线图。
其中，1-基片集成波导谐振腔，2-输入端口，3-输出端口，4-双折线接地共面波导结构，5-外围金属化通孔，6-介质基片，7-内部金属化通孔。
具体实施方式
本发明的优点将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，各实施例采用的介质均为0.508mm厚度的Rogers5880板材。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围内。
本发明是一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，包括输入端口2、输出端口3、双折线接地共面波导结构4和基片集成波导谐振腔1，输入端口2、输出端口3设置在基片集成波导谐振腔1两端的中间位置；
基片集成波导谐振腔1包括介质基片6、设置在介质基片6上下表面的顶层金属和底层金属，介质基片6为长方体，沿介质基片6四周设置有贯穿顶层金属和底层金属的外围金属化通孔5，外围金属化通孔5包括沿介质基片6长边设置的上外围金属化通孔5和下外围金属化通孔5。外围金属化通孔5围成的区域内设有至少一组共线的内部金属化通孔7，每组内部金属化通孔7均包括沿水平中心线对称的两列内部金属化通孔7，每列的内部金属化通孔7的数量可以根据需要设置，每组中的两列内部金属化通孔7之间形成感性耦合窗，接地共面波导线结构4至少为一个，设置在顶层金属上，且处于输入端口2和输出端口3之间。
实施例1
本实施例具体为：在外围金属化通孔5围成的区域内设有一组共线的内部金属化通孔7。内部金属化通孔7包括共线的第一列内部金属化通孔7和第二列内部金属化通孔7，第一列内部金属化通孔7垂直于上外围金属化通孔5，第二列内部金属化通孔7垂直于下外围金属化通孔5，且第一列内部金属化通孔7和第二列内部金属化通孔7之间形成感性耦合窗。
顶层金属上还开设有一个双折线接地共面波导结构4，位于感性耦合窗中央。双折线接地共面波导结构包括两条关于水平中心线对称的双折线，两条双折线的形状、尺寸均相同；双折线的竖直长度是影响电耦合量大小的关键因素，可以根据需要设置其长度。
在本实施例中，沿介质基片6左侧短边设置的两列外围金属化通孔5之间的间距表示为A1，沿介质基片6右侧短边设置的两列外围金属化通孔5之间的间距表示为A3，内部金属化通孔7中两列内部金属化通孔7的间距为A2，双折线接地共面波导结构的两个线槽的水平长度表述为C1，两个线槽的竖直长度表述为D1，介质基片6从左到右每相邻的两列金属化通孔之间的间距分别表示为B1、B2。A1 和A3均为5.6mm, A2为9mm, C1为14mm, D1为1.6mm, B1为14.8mm、B2为14.8mm。
本实施例通过外围金属化通孔5和一组内部金属化通孔7从左到右形成了第一谐振腔、第二谐振腔。在第一谐振腔与第二谐振腔之间引入混合电磁耦合。通过控制相邻谐振腔之间的混合电磁耦合的大小，可以在滤波器通带的下阻带产生一个传输零点。
该实施例的S11和S21仿真结果如图2所示，可见，相邻两个谐振器之间是以磁耦合为主，因此在下阻带有一个传输零点。滤波器的中心频率为10GHz，相对带宽为4.5%，通带内插入损耗为0.94dB，回波损耗优于20dB,下阻带9.6GHz处产生了一个传输零点。
实施例2
如图3所示，本实施例中A1和A3均为5.5mm, A2为6.4mm, C1为14.4mm, D1为1.6mm,B1为15.2mm、B2为15.2mm。
该实施例的S11和S21仿真结果如图4所示，可见，相邻两个谐振器之间是以电耦合为主，因此在上阻带有一个传输零点。滤波器的中心频率为10GHz，相对带宽为4.6%，通带内插入损耗为0.91dB，回波损耗优于20dB,上阻带10.8GHz处产生了一个传输零点。
实施例3
本实施例中外围金属化通孔5围成的区域内部设有三组内部金属化通孔7，这三组内部金属化通孔7的第一列均与上外围金属化通孔5垂直，第二列均与下外围金属化通孔5垂直。第一组的两列内部金属化通孔7之间形成了第一感性耦合窗，第二组的两列内部金属化通孔7之间形成了第二感性耦合窗，第三组的两列内部金属化通孔7之间形成了第三感性耦合窗。
顶层金属上还开设有两个双折线接地共面波导结构4，分别是位于第一感性耦合窗中央的第一双折线接地共面波导结构和位于第三感性耦合窗中央的第二双折线接地共面波导结构，而在第二感性窗中央没有双折线接地共面波导结构。
如图5所示，本实施例中的A1为6.3mm, A2为9.1mm ，A3为4.9mm， A4为6.3mm，C1为13.9mm, C2为14.5mm, D1为1.6mm, D2为1.6mm, B1为14.7mm、B2为14.7mm、B3为15.3mm，B4为15.3mm。
本实施例的滤波器由外围金属化通孔5和内部金属化通孔7围成了四个谐振器，也即构成了一个四阶滤波器。其中，在第一谐振腔与第二谐振腔、第三谐振腔与第四谐振腔之间引入混合电磁耦合，第二谐振腔与第三谐振腔之间直接引入感性开窗的磁耦合。
该实施例的S11和S21仿真结果如图6所示，可见，相邻两个谐振器之间，一个是以电耦合为主，因此在上阻带有两个传输零点；另一个以磁耦合为主，因此在下阻带有一个传输零点。滤波器的中心频率为10GHz，相对带宽为5%，通带内插入损耗为1.44dB，回波损耗优于20dB,上阻带10.8GHz处产生一个传输零点，下阻带9.5GHz处产生了一个传输零点，其中滤波器的上阻带和下阻带的传输零点的位置都靠近通带，从而大大提高了滤波器的带外抑制。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，包括输入端口、输出端口、双折线接地共面波导结构和多个基片集成波导谐振腔，多个所述基片集成波导谐振腔包括介质基片、设置在介质基片上下表面的顶层金属和底层金属，沿介质基片四周设置有贯穿顶层金属和底层金属的外围金属化通孔，外围金属化通孔围成的区域内设有至少一组共线的内部金属化通孔，每组内部金属化通孔均包括沿水平中心线对称的两列内部金属化通孔，每组中的两列内部金属化通孔之间形成感性耦合窗，所述双折线接地共面波导结构水平设置在顶层金属上且处于所述输入端口和输出端口之间，其特征在于：所述双折线接地共面波导结构包括两条关于水平中心线对称的双折线，所述双折线两端的竖直折线的端部不超出所述外围金属化通孔。
2.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：两条所述双折线的形状、尺寸均相同，两条所述双折线之间的间距与输入端口、输出端口的微带线的宽度一致。
3.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述双折线接地共面波导结构的个数至少一个且不超过感性耦合窗的个数。
4.根据权利要求3所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述内部金属化通孔为奇数组时，所述双折线的水平端部延伸至基片集成波导谐振腔的中心。
5.根据权利要求3所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述内部金属化通孔为偶数组时，处于同一个所述基片集成波导谐振腔的两个所述双折线接地共面波导结构的所述双折线的相邻的端部成该腔体的竖直中心线对称，并接近竖直中心线，且这两个所述双折线接地共面波导结构的间距大于零。
6.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述基片集成波导谐振腔的形状为方形或者矩形。
7.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：每列内部金属化通孔均与沿所述介质基片长边设置的外围金属化通孔垂直。
8.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：每组的每列内部金属化通孔的数量为一个、两个或多个。
9.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：每个所述外围金属化通孔、内部金属化通孔的形状、尺寸均相同，每两个相邻的外围金属化通孔之间的间距与每两个相邻的内部金属化通孔之间的间距相同。
10.根据权利要求1所述一种基于混合电磁耦合的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述介质基片为Rogers 5880 介质板，其中介质基片的介电常数为2.2，介质基片的厚度为0.508mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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