CN211238454U - 一种uir加载的三阶双通带基片集成波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，包括两个基片集成波导谐振腔、一个UIR谐振器以及位于输入输出端口的共面波导馈电结构，共面波导馈电结构与基片集成波导谐振腔连接，UIR谐振器位于两个基片集成波导谐振腔之间。本实用新型实现了三阶的双通带滤波响应，在两个通带内分别形成三个传输极点，本实用新型的高阶的滤波器具有陡峭的边带衰减与更高的带外抑制性能。

Description

一种UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其涉及一种UIR加载的双通带基片集成波导滤波器。

背景技术

随着现代无线通信技术的急速发展，尤其以5G通信、物联网设备、航空航天为代表的无线通信领域，具有高性能、多功能、集成性、小型化的射频前端系统必将是未来的发展趋势，其中，滤波器作为重要的前端部件，其性能直接决定了整个系统通信质量的优劣。目前，微波滤波器一个重要的研究方向是双通带或者多通带的设计，以满足一些高性能、多频带的通信设备，并且随着通信技术的进一步发展，对于双通带滤波器的需求将会进一步增加，对其性能也会提出更高的要求。

目前，双通带滤波器的设计方法主要包括：1)结合两个不同频带的滤波器，以构成双通带滤波器；2)利用多模谐振器的两个谐振模式，分别形成两个通带；3)结合一个宽带滤波器与一个带阻滤波器，在通带中形成一个陷波以形成两个通带。第一种方法是设计双通带滤波器最直接也最简单的方法，其优点是设计自由度高，双通带频率、带宽等参数能比较容易控制，但不足是滤波器尺寸大。第二种利用多模谐振器设计双通带滤波器，其优势是设计尺寸小，缺点是两个通带频率不易控制，谐振器之间的耦合也难以单独调谐。第三种方法是一种非常直接的滤波器设计方法，但一般用得较少，其缺点是滤波器的频率与带宽不易控制。此外，由于设计高阶滤波器非常复杂，目前大多数双通带滤波器是二阶的，难以实现较高的带外抑制度。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，实现了三阶的双通带滤波响应，具有陡峭的边带衰减与更高的带外抑制性能。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

本方案提供一种UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，所述三阶双通带基片集成波导滤波器包括两个基片集成波导谐振腔、一个UIR谐振器以及位于输入输出端口的共面波导馈电结构，所述共面波导馈电结构与基片集成波导谐振腔连接，所述UIR谐振器位于两个基片集成波导谐振腔中间，且所述双通带基片集成波导滤波器呈左右对称。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结合了基片集成波导与微带线技术，将基于微带线技术的UIR谐振器级联在基片集成波导谐振腔之间，由于UIR谐振器本身的小型化特征，使得整个滤波器具有非常紧凑的尺寸。本实用新型通过以上设计实现了三阶的双通带滤波响应，在两个通带内分别形成三个传输极点，这种高阶的滤波器具有陡峭的边带衰减与更高的带外抑制性能。

进一步地，所述基片集成波导谐振腔为由金属化过孔包围形成的矩形谐振腔，且所述矩形谐振腔的TE₁₀₁模和TE₂₀₁模分别形成两个通带，其中，所述金属化过孔之间的大小与间距均保持一致。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型利用基片集成波导的多模谐振特性，分别采用TE₁₀₁模和TE₂₀₁模形成两个通带，这种一腔双模的双通带滤波器设计方法可以减少谐振腔的使用数量，从而能明显缩小滤波器尺寸。

再进一步地，所述UIR谐振器由两个电长度不同的终端开口的圆环构成，其中，上圆环的谐振频率与TE₁₀₁模的频率一致，下圆环的谐振频率与TE₂₀₁模的频率一致。

上述进一步方案的有益效果是：一个UIR谐振器与两个基片集成波导谐振腔构成三阶的滤波器，具有更高的带外抑制性能，构成的滤波器尺寸相对较小，此外，UIR谐振器自身能形成一个非谐振节点，由于电磁信号在UIR谐振的传输与反射作用，在两个通带右侧能分别形成一个传输零点，从而提到滤波器的选择性与带外抑制性能。

再进一步地，所述共面波导馈电结构的导线两侧为矩形开槽。

上述进一步方案的有益效果是：矩阵槽的长度与宽度能控制滤波器的外部品质因数，可以调谐滤波器的带宽。

再进一步地，所述三阶双通带基片集成波导滤波器包括以下结构参数：

所述基片集成波导谐振腔的长度l为30mm；

所述基片集成波导谐振腔的宽度w为13.25mm；

所述共面波导馈电结构偏离滤波器中心的距离d_x1为7.5mm；

所述UIR谐振器偏离滤波器中心的距离d_x2为10.1mm；

所述共面波导馈电结构的长度d_w为5mm；

所述共面波导馈电结构的宽度w_m为1.57mm；

所述共面波导馈电结构伸入基片集成波导谐振腔的长度l_s为3mm；

所述共面波导馈电结构的伸入基片集成波导谐振腔的宽度w_s为2.6mm；

所述金属化过孔的直径d为0.6mm；

所述上圆环的开槽半径R_1a为1.67mm；

所述上圆环的内径R_1b为0.97mm；

所述上圆环开口的角度θ₁为30deg；

所述下圆环的开槽半径R_2a为1.48mm；

所述下圆环的内径R_2b为0.78mm；

所述下圆环开口的角度θ₂为30deg；

所述两个圆环的间距g为0.6mm；

所述两个圆环的宽度w_R均为0.2mm；

相邻两个所述金属化过孔的间距为p<1mm。

上述进一步方案的有益效果是：以上设计参数实现了本实用新型在两个中心频率(7.75GHz和10GHZ)良好的双通带响应，使得滤波器具有较好的选择性与带外抑制度，并且滤波器尺寸较小。

附图说明

图1为实施例中的三阶双通带滤波器平面结构图。

图2为实施例中仿真的S参数响应示意图。

其中，1-基片集成波导谐振腔，2-UIR谐振器，3-共面波导馈电结构，4-金属化过孔。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，本实用新型提供了一种UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，包括两个基片集成波导谐振腔1、一个UIR谐振器2以及位于滤波器输入输出端口的共面波导馈电结构3，共面波导馈电结构3与基片集成波导谐振腔1连接，UIR谐振器2位于两个基片集成波导谐振腔1之间，且该双通带基片集成波导滤波器呈左右对称。基片集成波导谐振腔1由金属化过孔4包围形成的矩形谐振腔，且所述矩形谐振腔的TE₁₀₁模和TE₂₀₁模分别形成两个通带，其中，相邻两个金属化过孔4之间的大小与间距均保持一致。UIR谐振器2由两个电长度不同的终端开口的圆环构成，其中，上圆环的谐振频率与TE₁₀₁模的频率一致，下圆环的谐振频率与TE₂₀₁模的频率一致。共面波导馈电结构3包括导线，导线两侧为矩形开槽。

本实施例中，该滤波器通过由标准的PCB加工工艺而成，路基板采用Rogers5880基板，厚度为0.508mm，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，基板上下表面为厚度0.018mm的金属铜。其结构包含输入输出端口的50欧姆共面波导馈电结构。本实施例是将一个UIR谐振器2加载到两个基片集成波导谐振腔1之间，形成三阶的双通带滤波响应。两个基片集成波导谐振腔1以及一个UIR谐振器1整体结构上呈现左右对称。50欧姆的共面波导馈电结构3与基片集成波导谐振腔1直接相连，共面波结构3的导线两侧为矩形开槽，矩阵槽宽度能控制外部品质因数，两个基片集成波导谐振腔1则是通过金属化过孔4而形成的矩形谐振腔，其大小完全一致。金属化过孔4的直径为0.6mm，间距小于1mm。UIR谐振器2则置于两个基片集成波导谐振腔1之间，UIR谐振器2由两个电长度不同的终端开口的圆环构成，上圆环谐振频率与TE₁₀₁模一致，而下圆环谐振频率与TE₂₀₁模一致。该滤波器通过两个基片集成波导谐振腔1与一个UIR谐振器1，构成三极点的双通带响应。

本实施例中，如表1所示，表1为三阶双通带滤波器结构参数(单位：mm&deg)。

表1

表1中：l为基片集成波导谐振腔1的长度；w为基片集成波导谐振腔1的宽度；d_x1为共面波导馈电结构3偏离滤波器中心的距离；d_x2为UIR谐振器2偏离滤波器中心的距离；d_w为共面波导馈电结构3的长度；w_m为共面波导馈电结构3的宽度；l_s为共面波导馈电结构3伸入基片集成波导谐振腔1的长度；w_s为共面波导馈电结构3的伸入基片集成波导谐振腔1的宽度；d为金属化过孔4的直径；R_1a为上圆环的开槽半径；R_1b为上圆环的内径；θ₁为上圆环开口的角度；R_2a为下圆环的开槽半径；R_2b为下圆环的内径；θ₂为下圆环开口的角度；g为两个圆环的间距；w_R为上下两个圆环的宽度；p为相邻两个金属化过孔4的间距。

本实施例中，所述的三阶双通带由两个基片集成波导谐振腔1和一个UIR谐振器2构成。输入输出端口偏移滤波器中心一定位置dx₁，以激励起TE₂₀₁模，并且为两个谐振模式TE₁₀₁和TE₂₀₁模提供合适的外部品质因数。UIR谐振器2位于两个基片集成波导谐振腔1之间，并且偏移中心位置一定距离dx₂，其目的是与基片集成波导谐振腔之间形成合适的电磁耦合系数，以在两个频率上形成良好的通带。UIR谐振器2由两个大小不同的终端开口的圆环构成，两个开口圆环可分别视为两个电长度不同的四分之一波长谐振器，其等效电路如图1所示，为一端短路、另一端开路的微带线。当输入导纳的虚部为零时，两个开口圆环谐振器产生谐振，由此可根据所需要的谐振频率计算相应的UIR谐振器尺寸参数。而基片集成波导谐振腔的尺寸则可根据以下的公式计算，由于利用TE₁₀₁和TE₂₀₁模形成滤波器的两个通带。

如图2所示，两个通带的中心频率分别为7.95GHz和10GHZ，3dB带宽分别为0.9GHz和0.52GHz。在两个通带之间，形成三个传输零点(其中有两个传输零点合并在一起)，具有较高的阻带抑制性能。并且在第二个通带右侧，出现两个传输零点，使得滤波器具有较高的选择性。

综上所述，本实用新型提出了一种UIR(Uniform Impedance Resonator,均匀阻抗谐振器)加载的双通带基片集成波导滤波器，将两个UIR谐振器2加载到一个基片集成波导1的输入输出端口，由此可构成三阶的双通带滤波器。

本实用新型结合了微带线和基片集成波导技术，其基本原理是利用了基片集成波导的多模谐振特性，分别用TE₁₀₁模和TE₂₀₁模形成两个不同频率的通带。在一定的频率范围内，两个通带的中心频率可以通过改变基片集成波导谐振腔的尺寸进行调谐，谐振腔的个数与滤波器的阶数正相关，利用两个基片集成波导谐振腔1在两个通带上分别形成两个传输极点，则第三个极点则由UIR谐振器2产生，再将UIR谐振器2加载到两个基片集成波导谐振腔1中间，在合适的耦合结构下，使得电磁信号在传输过程中，激励起两个基片集成波导谐振腔的TE₁₀₁和TE₂₀₁模，以及UIR谐振器2的两个开口圆环，就能形成双通带的三极点滤波响应。

本实用新型中，由于UIR谐振器的尺寸非常小，因此将其加载到基片集成波导中不会明显增加滤波器的体积，因而本实用新型所提出的滤波器具有相对紧凑的尺寸。另外，所提出的UIR谐振器有其固有的一个优势，由于电磁信号在UIR谐振器上的传输与反射作用，使得该谐振器能在两个通带上方分别产生一个传输零点，从而提高滤波器的边带抑制性能，具有较高的选择性。

Claims (5)

1.一种UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，其特征在于，包括两个基片集成波导谐振腔(1)、一个UIR谐振器(2)以及位于滤波器输入输出端口的共面波导馈电结构(3)，所述共面波导馈电结构(3)与基片集成波导谐振腔(1)连接，所述UIR谐振器(2)位于两个基片集成波导谐振腔(1)之间，且该双通带基片集成波导滤波器呈左右对称。

2.根据权利要求1所述的UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，其特征在于，所述基片集成波导谐振腔(1)为由金属化过孔(4)包围形成的矩形谐振腔，且所述矩形谐振腔的TE₁₀₁模和TE₂₀₁模分别形成两个通带，其中，相邻两个所述金属化过孔(4)之间的大小与间距均保持一致。

3.根据权利要求2所述的UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，其特征在于，所述UIR谐振器(2)由两个电长度不同的终端开口的圆环构成，其中，上圆环的谐振频率与TE₁₀₁模的频率一致，下圆环的谐振频率与TE₂₀₁模的频率一致。

4.根据权利要求3所述的UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，其特征在于，所述共面波导馈电结构(3)包括导线，所述导线两侧为矩形开槽。

5.根据权利要求4所述的UIR加载的三阶双通带基片集成波导滤波器，其特征在于，所述三阶双通带基片集成波导滤波器包括以下结构参数：

所述基片集成波导谐振腔(1)的长度l为30mm；

所述基片集成波导谐振腔(1)的宽度w为13.25mm；

所述共面波导馈电结构(3)偏离滤波器中心的距离d_x1为7.5mm；

所述UIR谐振器(2)偏离滤波器中心的距离d_x2为10.1mm；

所述共面波导馈电结构(3)的长度d_w为5mm；

所述共面波导馈电结构(3)的宽度w_m为1.57mm；

所述共面波导馈电结构(3)伸入基片集成波导谐振腔(1)的长度l_s为3mm；

所述共面波导馈电结构(3)的伸入基片集成波导谐振腔(1)的宽度w_s为2.6mm；

所述金属化过孔(4)的直径d为0.6mm；

所述上圆环的开槽半径R_1a为1.67mm；

所述上圆环的内径R_1b为0.97mm；

所述上圆环开口的角度θ₁为30deg；

所述下圆环的开槽半径R_2a为1.48mm；

所述下圆环的内径R_2b为0.78mm；

所述下圆环开口的角度θ₂为30deg；

所述两个圆环的间距g为0.6mm；

所述两个圆环的宽度w_R均为0.2mm；

相邻两个所述金属化过孔(4)的间距为p<1mm。

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