CN115395191B - 一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，本发明采用多层基片堆叠的方式，相邻金属基片和相邻金属基片之间的金属化通孔阵列构成谐振腔，相邻谐振腔通过耦合孔组连接，使滤波器结构更加紧凑，更适合应用到现代微波毫米波集成电路系统中，并且设置的耦合孔组，不仅不会影响主模的耦合，同时还可以抑制高次模的耦合，从而达到延伸滤波器阻带的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，属于微波技术领域。
背景技术
作为射频微波电路系统中的重要组成器件，滤波器一直往低成本、低功耗、体积小、高功率处理能力、易集成的方向发展。基片集成波导滤波器结合了波导以及平面结构，具备体积小、损耗小、易与平面电路相集成等优点。
由于现代通信电路系统越来越集成化，使得集成多种器件的电路会存在多种信号频率相互交织甚至交叉重叠，毫无疑问会严重影响到信号的接收效果、降低通信信号质量、甚至使得通信系统无法正常工作。另一方面，射频前端内部的很多非线性有源器件，如混频器、倍频器等，同样会存在各种信号交织在一起的情况，这严重影响收发机性能。
为了解决以上问题，这就需要滤波器不仅要有很好的通带传输特性，而且还要有足够宽的阻带来抑制不需要的谐波信号，因此，急需研究宽阻带的滤波器。
发明内容
本发明提供了一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，包括堆叠的顶层金属基片和底层金属基片，顶层金属基片和底层金属基片之间堆叠有多个中间金属基片，相邻金属基片之间堆叠有介质基片；
介质基片上贯穿有金属化通孔阵列，介质基片上贯穿的金属化通孔阵列、上层的金属基片和下层的金属基片共同构成谐振腔；
相邻两谐振腔之间的金属基片上开有连接相邻两谐振腔的耦合孔组，耦合孔组包括一个缝隙孔和一个矩形孔，缝隙孔位于主模和高次模的磁场最强处，矩形孔位于高次模的电场最强处。
矩形孔提供预设高次模的电耦合，调节矩形孔的宽度，控制预设高次模的电偶合量；缝隙孔提供预设高次模的磁耦合，调节缝隙孔的长度，控制预设高次模的磁偶合量；矩形孔和缝隙孔均提供主模的磁耦合。
同一金属基片上的缝隙孔和矩形孔位于谐振腔的同一侧，并且与该侧的侧壁平行，矩形孔和缝隙孔从内向外依次设置，矩形孔宽度方向的中心线和缝隙孔宽度方向的中心线在同一条直线上。
相邻两金属基片中，一金属基片的耦合孔组与谐振腔的两个对边平行，另一金属基片的耦合孔组与谐振腔的另外两个对边平行。
顶层金属基片上设置有输入端口，底层金属基片上设置有输出端口。
输入端口和输出端口相互垂直。
本发明所达到的有益效果：本发明采用多层基片堆叠的方式，相邻金属基片和相邻金属基片之间的金属化通孔阵列构成谐振腔，相邻谐振腔通过耦合孔组连接，使滤波器结构更加紧凑，更适合应用到现代微波毫米波集成电路系统中，并且设置的耦合孔组，不仅不会影响主模的耦合，同时还可以抑制高次模，从而达到延伸滤波器阻带的效果，即宽阻带效果。
附图说明
图1为本发明的三维结构图；
图2为本发明的俯视图；
图3为主模和部分高次模的耦合系数；
图4为滤波器通带的S参数图；
图5为滤波器的带外S参数图。
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。
如图1和2所示，一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，包括堆叠的顶层金属基片3和底层金属基片4，顶层金属基片3和底层金属基片4之间堆叠有多个中间金属基片，相邻金属基片之间堆叠有介质基片。
介质基片上贯穿有金属化通孔阵列，介质基片上贯穿的金属化通孔阵列10、上层的金属基片和下层的金属基片共同构成谐振腔。相邻两谐振腔之间的金属基片上开有连接相邻两谐振腔的耦合孔组，耦合孔组包括一个缝隙孔12和一个矩形孔11，缝隙孔12位于主模和高次模的磁场最强处，矩形孔11位于高次模的电场最强处。
顶层金属基片3上设置有输入端口1，底层金属基片4上设置有输出端口2，输入端口1为与顶层谐振腔连接的微带线，输出端口2为与底层谐振腔连接的微带线，输入端口1和输出端口2相互垂直。
以图1为例，中间金属基片包括中间第一金属基片5和中间第二金属基片6，介质基片包括第一介质基片7、第二介质基片8和第三介质基片9。顶层金属基片3、第一介质基片7上的金属化通孔阵列10、中间第一金属基片5构成顶层谐振腔，中间第一金属基片5、第二介质基片8上的金属化通孔阵列10、中间第二金属基片6构成中间谐振腔，中间第二金属基片6、第三介质基片9上的金属化通孔阵列10、底层金属基片4构成底层谐振腔；所有介质基片上的金属化通孔尺寸均一致，半径为0.4mm，间距为1.2mm。
图1中，中间第一金属基片5和中间第二金属基片6均开设耦合孔组，其中，矩形孔11提供预设高次模的电耦合，调节矩形孔11的宽度，可以控制预设高次模的电偶合量；缝隙孔12提供预设高次模的磁耦合，调节缝隙孔12的长度，可以控制预设高次模的磁耦合量；矩形孔11和缝隙孔12提供主模的磁耦合。同一金属基片上的缝隙孔12和矩形孔11位于谐振腔的同一侧，并且与该侧的侧壁平行，矩形孔11和缝隙孔12从内向外依次设置，矩形孔11宽度方向的中心线和缝隙孔12宽度方向的中心线在同一条直线上。相邻两金属基片中，一金属基片的耦合孔组与谐振腔的两个对边平行，另一金属基片的耦合孔组与谐振腔的另外两个对边平行。
以中间第一金属基片5上的矩形孔11和缝隙孔12为例，矩形孔11长宽比固定为2，距离谐振腔中心的距离为腔体宽度的1/3，缝隙孔12的宽度固定为0.6mm，距离侧壁中心固定为1.4mm处。矩形孔11提供TE301、TE303模的电偶合以及TE105模微弱的电偶合，缝隙孔12则提供TE301、TE303模的磁偶合以及TE105模微弱的磁偶合。通过调节缝隙孔12的长度和矩形孔11的宽度，使模式的电偶合和磁耦合可以达到相互抵消的状态，就可以完成对模式的抑制。此外缝隙孔12和矩形孔11还可以提供主模TE101模的磁耦合，以满足通带传输的需要。
为了简化设计难度，滤波器结构采用前后对称的设计方法，即将顶层谐振腔旋转90°即可得到底层谐振腔、中间第一金属基片5上的耦合孔组旋转90°即可得到中间第二金属基片6上的耦合孔组。因此，相互正交的兼并模式TE103/TE301、TE105/TE501以及TE303均可以由中间第一金属基片5和中间第二金属基片6上的耦合孔组进行抑制。再结合相互垂直的馈电端口，TEm0n(n为偶数)与TEn0m模的耦合也可以被抑制。最终，包括TE404在内的所有高次模都可以被抑制。
图3所示为提取的TE301、TE303、TE105模的耦合系数，耦合孔组的具体尺寸即是根据图3进行确定。图3结果显示，在选取合适的缝隙孔12的长度和矩形孔11的宽度，是可以实现对高次模的抑制，同时也不会影响主模的耦合。
图4为滤波器的通带S参数曲线，滤波器中心频率为9 GHz，3-dB相对带宽为2.2%，带内回波损耗S11均位于-25 dB以下。图5是滤波器的带外S参数曲线，-25 dB的阻带抑制可以延伸到36.27 GHz 。可以看出，采用上述结构设计的滤波器阻带可以延伸到4 f 0 (f 0为滤波器中心频率)，极大地拓宽了目前基片集成波导滤波器的阻带宽度。
本发明采用多层基片堆叠的方式，相邻金属基片和相邻金属基片之间的金属化通孔阵列10构成谐振腔，相邻谐振腔通过耦合孔组连接，使滤波器结构更加紧凑，更适合应用到现代微波毫米波集成电路系统中，并且设置的耦合孔组，不仅不会影响主模的耦合，同时还可以抑制高次模，从而达到宽阻带的效果。
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 (5)
1.一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，其特征在于，包括堆叠的顶层金属基片和底层金属基片，顶层金属基片和底层金属基片之间堆叠有多个中间金属基片，相邻金属基片之间堆叠有介质基片；
介质基片上贯穿有金属化通孔阵列，介质基片上贯穿的金属化通孔阵列、上层的金属基片和下层的金属基片共同构成谐振腔；
相邻两谐振腔之间的金属基片上开有连接相邻两谐振腔的耦合孔组，耦合孔组包括一个缝隙孔和一个矩形孔，缝隙孔位于主模和高次模的磁场最强处，矩形孔位于高次模的电场最强处；
矩形孔提供预设高次模的电耦合，调节矩形孔的宽度，控制预设高次模的电耦合量；缝隙孔提供预设高次模的磁耦合，调节缝隙孔的长度，控制预设高次模的磁耦合量；矩形孔和缝隙孔均提供主模的磁耦合。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，其特征在于，同一金属基片上的缝隙孔和矩形孔位于谐振腔的同一侧，并且与该侧的侧壁平行，矩形孔和缝隙孔从内向外依次设置，矩形孔宽度方向的中心线和缝隙孔宽度方向的中心线在同一条直线上。
3.根据权利要求2所述的一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，其特征在于，相邻两金属基片中，一金属基片的耦合孔组与谐振腔的两个对边平行，另一金属基片的耦合孔组与谐振腔的另外两个对边平行。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，其特征在于，顶层金属基片上设置有输入端口，底层金属基片上设置有输出端口。
5.根据权利要求4所述的一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器，其特征在于，输入端口和输出端口相互垂直。
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