CN1825681A - 非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器，包括双面设有金属贴片的介质基片，其上设有两个基片集成波导圆形腔体，在两个基片集成波导圆形腔体之间设有耦合孔，在两个基片集成波导圆形腔体上分别设有用于信号输入的微带传输线和用于信号输出的微带传输线，基片集成波导圆形腔体中心和输入端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体中心和耦合孔中心连线的夹角α为60°－90°，另一基片集成波导圆形腔体中心和输出端口中心的连线与该基片集成波导圆形腔体中心和耦合孔中心连线的夹角α均为60°－90°；本发明具有上下边带性能均衡，与有源电路集成方便，选择性较好，成本低而精度高且容易大批量生产等优点。

Description

非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器

技术领域

本发明涉及一种微波毫米波用滤波器，尤其涉及一种可用于微波毫米波电路设计的非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器。

背景技术

滤波器是电路系统重要的基本单元电路之一，它的性能对系统整体的选择性、噪声系数、增益、灵敏度等都有重要影响。微波毫米波电路中常用的有基于金属波导的滤波器和基于微带线、共面线等平面电路的滤波器。基于金属波导的滤波器通常具有高Q、低损耗、选择性较好等优点，但其加工精度要求极高、成本高、体积大、与有源电路较难集成。而基于微带线、共面线等平面电路技术的滤波器虽易与有源电路集成，但通常存在较大的辐射，损耗大，Q值低，性能较差。辐射还易引起空间耦合，破坏电路工作稳定性。基片集成波导技术具有平面电路的易集成、制作方便等优点，又具有与金属波导滤波器近似的优良性能，但其选择性上下边带不平衡，上边带性能远低于下边带，实用上受到限制。

发明内容

本发明提供一种具有更良好更平衡的选择性且性能更接近具有明确数学特征的理想特性的非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器。

本发明采用如下技术方案：

一种用于微波毫米波电路的非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器，包括双面设有金属贴片的介质基片，在介质基片上设有两个基片集成波导圆形腔体，在两个基片集成波导圆形腔体之间设有耦合孔，在两个基片集成波导圆形腔体上分别设有用于信号输入的微带传输线和用于信号输出的微带传输线，基片集成波导圆形腔体中心和输入端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体中心和耦合孔中心连线的夹角α为60°-90°，另一基片集成波导圆形腔体中心和输出端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体中心和耦合孔中心连线的夹角α均为60°-90°。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明基于基片集成波导技术，以成圆形状排列的金属化通孔和介质上下表面的金属层围成圆形腔体，腔体通过级联组成滤波器。输入输出为微带线。腔体通过耦合孔进行耦合。滤波器同一腔体的两耦合孔与腔体中心不按轴线排列，即非共轴结构。非共轴结构中最重要的是：以基片平面上每个腔体两耦合孔中心关于腔体中心所张角度为参数，以角度取75度时为最佳位置，性能最接近理想滤波器特性。角度在60至90度之间，性能均优于传统共轴结构(角度取180度值)，但上下边带性能会不均衡。本发明具体优点如下：

1)每个腔体对上边带贡献一个传输零点，使上下边带性能均衡。角度取最佳值时滤波器整体性能非常接近理想滤波器特性，非最佳取值时性能也远优于共轴结构。

2)滤波器直接制作于基片上，并以微带作为输入输出接口，与有源电路集成方便。

3)以基片集成波导腔体作为谐振器，基本消除了辐射损耗，具有较高的Q值。滤波器的损耗远低于基于微带和共面线的滤波器，选择性较好。

4)滤波器上下表面均由金属化孔相连，接地和隔离方便，输入输出之间容易实现完全隔离。

5)全部利用成熟的标准工业工艺，成本低而精度高，特性准确，且容易大批量生产。

附图说明

图1是本发明的结构主视图。

图2是本发明的结构侧视图。

图3是本发明的测试结果图。

具体实施方式

一种用于微波毫米波电路的非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器，包括双面设有金属贴片2、3的介质基片1，在介质基片1上设有两个基片集成波导圆形腔体6、7，在两个基片集成波导圆形腔体6、7之间设有耦合孔8，在两个基片集成波导圆形腔体6、7上分别设有用于信号输入的微带传输线4和用于信号输出的微带传输线5，基片集成波导圆形腔体6中心和输入端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体6中心和耦合孔8中心连线的夹角α为60°-90°，另一基片集成波导圆形腔体7中心和输出端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体7中心和耦合孔8中心连线的夹角α均为60°-90°，例如：夹角α可选择90°、60°、75°、80°或68°。上述基片集成波导圆形腔体由设在介质基片1上且按圆周排列的金属化通孔9构成。

本发明以在中心频率约25GHz处实现非共轴基片集成波导滤波器为实例，并在K及Ka波段测试其整体性能。基片选用Rogers Duroid 5880，其介质常数为2.2，厚度0.254mm。图1中各几何参数分别为：

夹角α＝75°微带线宽度Wm＝0.75mm耦合端口表面金属开口宽度Wo＝2.200mm耦合端口深度度参数do＝2.580mm耦合端口金属化孔间距Wc＝3.200mm腔体半径Rc＝3.055mm腔体间耦合孔开口宽度Wi＝2.550mm腔体上表面金属贴片半径Ro＝3.455mm  金属化通孔外径dc＝0.50mm金属化通孔间夹角β＝17.68°

在腔体的金属化孔和腔体与微带的耦合端口外侧的上表面金属覆层的形状变化对性能无影响，所以为了加强孔的机械强度可增加外部金属层的宽度，但不得低于本实例中的尺寸。金属化孔的直径dc为孔的金属层的外径，在所用孔为非实心孔时尤其应注意这一点。构造滤波器时首先固定各耦合孔两侧的金属化孔位置和孔的数量(本例中除上述孔外还有12个)，其余孔沿圆弧均匀分布，基本原则是在不超出工艺限制条件下尽量密集排列以减少辐射损耗。β是在此前提下得到。实例的测试结果如下：

实线为本实例的测试结果。其中S21包含两个2.4mm同轴接头和微带延长线(从弯曲处到接头，两端共长1.1mm)引入的共约1dB插入损耗。虚线为与测试滤波器有完全相同的3dB带宽和中心频率的2阶理想Butterworth滤波器的S11和S21。测试得到的滤波器的中心频率为25.18GHz，3dB带宽为1.28GHz，实际插入损耗为1.56dB。测试结果与理想特性较吻合，性能远好于传统共轴结构滤波器.曲线上第二个峰为腔体次低谐振频率(理论上为1.58倍主谐振频率)，本实例中滤波器可用上边带及其逼近此频率，充分利用了滤波器腔体的潜力。

Claims (2)

1、一种用于微波毫米波电路的非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器，包括双面设有金属贴片(2、3)的介质基片(1)，在介质基片(1)上设有两个基片集成波导圆形腔体(6、7)，在两个基片集成波导圆形腔体(6、7)之间设有耦合孔(8)，在两个基片集成波导圆形腔体(6、7)上分别设有用于信号输入的微带传输线(4)和用于信号输出的微带传输线(5)，其特征在于基片集成波导圆形腔体(6)中心和输入端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体(6)中心和耦合孔(8)中心连线的夹角(α)为60°-90°，另一基片集成波导圆形腔体(7)中心和输出端口中心的连线，与该基片集成波导圆形腔体(7)中心和耦合孔(8)中心连线的夹角(α)均为60°-90°。

2、根据权利要求1所述的非共轴基片集成波导圆形腔体滤波器，其特征在于基片集成波导圆形腔体由设在介质基片(1)上且按圆周排列的金属化通孔(9)构成。

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