CN212342782U

CN212342782U - 一种多层毫米波超宽带带通滤波器

Info

Publication number: CN212342782U
Application number: CN202021310971.3U
Authority: CN
Inventors: 赵思雨; 姬五胜; 姬晓春
Original assignee: Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Current assignee: Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-07

Abstract

本实用新型设计了一种多层结构超宽带带通滤波器，工作频段20‑35GHz。它由7个耦合单元级联构成。每个耦合单元利用敷在介质顶层和底层的弯曲T型微带贴片，与中间层的耦合槽之间形成宽边耦合结构。通过改变相邻耦合单元之间的距离，以及调整中间层耦合槽的尺寸，在输入端馈线以及输出端馈线加载枝节微带线和刻蚀L型缝隙，可以改善通带性能，实现好的带外抑制。HFSS软件的仿真结果表明，该滤波器性能良好，通带内插入损耗优于‑2dB，回波损耗优于‑15dB，通带分数带宽为55%。

Description

一种多层毫米波超宽带带通滤波器

技术领域

本发明涉及无线通信系统中微波滤波器技术，设计了一种多层毫米波超宽带带通滤波器，工作频段达到20-35GHz，通带分数带宽为55%。

背景技术

微带滤波器在无线通信系统中处于重要的位置，微波滤波器是无线通信系统中的频率选择器件。随着现代无线通信系统的发展，窄带通信系统已经不能满足人们对通信带宽的需求，发展超宽带系统已成为一种技术需求。同时，面对目前第五代移动通信（5G）的发展，毫米波滤波器已成为研究热点之一，来满足人们对于更高速率、更高可靠性的需要。

发明内容

本实用新型设计了一种多层毫米波超宽带带通滤波器。该滤波器电路是由七个耦合单元级联构成，工作在20-35GHz，通带分数带宽为55%。

为实现上述设计目的，本实用新型采用的技术方案如下：该滤波器为多层电路结构，包含两层厚度相等的电介质以及三层金属层，电路由七个耦合单元级联构成，两层电介质的材料均为RO4003C，其厚度为0.508mm，介电常数为3.55，损耗正切角为0.0029。电路顶层金属层和底层金属层均为微带结构，关于电路结构中心呈奇对称性；顶层金属层和底层金属层通过中间金属层上的圆形耦合槽构成紧耦合。每个耦合单元由顶层弯曲T型微带贴片、中间金属层圆形耦合槽和底层弯曲T型微带贴片组成，相邻耦合单元之间通过微带线连接。在一个耦合单元中，顶层金属层弯曲T型微带贴片的圆心、中间金属层耦合槽的圆心与底层金属层弯曲T型微带贴片的圆心处在同一直线上，该直线与电路的金属面垂直。在该滤波器电路中，通过改变每个弯曲T型微带贴片之间的距离以及调整圆形耦合槽的尺寸，可以优化滤波器的通带性能；通过在顶层馈线处和底层馈线处加入枝节微带线，可以获得好的带外抑制特性；同时，将顶层和底层馈线上的枝节微带线进行弯折，并在弯折处做了削角处理，斜切率为0.5；通过在顶层微带线和底层微带线上刻蚀L型缝隙，可以优化滤波器的S参数。电路通过七个耦合单元的级联，可以使工作频段达到毫米波频段。

所述的弯曲T型微带贴片结构是指：一个直径相对较大的大半圆金属贴片两侧除去两个小半圆后形成两个凹槽，再与微带相连而成。

所述的圆形耦合槽是指在中间层金属层上刻蚀一个圆形的槽，其圆心与弯曲T型微带贴片中的大半圆金属贴片的圆心处在垂直于电路顶层金属层和底层金属层的同一直线上。

所述的七个耦合单元级联是指七个弯曲T型谐振器之间利用微带线连接。

本实用新型的显著优点是：电路的通带实现了超宽带特性，七个耦合单元级联使通带达到了毫米波频段，通带内插入损耗优于-2dB，回波损耗优于-15dB，通带分数带宽达到55%；可以改变弯曲T型结构之间的距离、调整耦合槽的尺寸以及在顶层和底层加入枝节微带线来调整滤波器的参数，改善通带性能，实现好的带外抑制，具有很好的设计灵活性并且在5G通信中有很好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型一种多层毫米波超宽带带通滤波器的立体结构示意图。

图2是本实用新型一种多层毫米波超宽带带通滤波器顶层金属层微带结构示意图。

图3是本实用新型一种多层毫米波超宽带带通滤波器中间层金属层结构示意图。

图4是本实用新型一种多层毫米波超宽带带通滤波器底层金属层微带结构示意图。

图5是本实用新型一种多层毫米波超宽带带通滤波器S参数（回波损耗S11和插入损耗S21）的仿真结果。

具体实施方案

下面结合说明书附图，对本实用新型做进一步详细说明。

图1为电路的整体结构，包含三层金属层和两层电介质。其中，1为顶层金属层，2为中间层金属层，3为底层金属层，O₁、O₂、O₃、O₄、O₅、O₆、O₇是从左到右每个谐振器在垂直方向的圆心；上层电介质和下层电介质的厚度均为h；顶层金属层（1）的微带结构和底层金属层（3）的微带结构通过中间层金属层（2）在垂直方向上实现耦合，电路的整体尺寸为L=13.2mm，W=6mm，2h=0.508mm×2=1.016mm。

图2为顶层金属层（1）的微带结构。101为输入端微带线，102为第一个弯曲T型微带贴片，103为第二个弯曲T型微带贴片，104为第三个弯曲T型微带贴片，105为第四个弯曲T型微带贴片，106为第五个弯曲T型微带贴片，107为第六个弯曲T型微带贴片，108为第七个弯曲T型微带贴片，109为顶层枝节微带线，110为顶层L型缝隙。其中，输入端微带线101的宽度为W₁=0.3mm，长度L₃=3mm；七个弯曲T型微带贴片均由直径为D₃的大半圆除去两个直径为D₁的小半圆后直接与输入端微带线101相连，它们的结构相同，尺寸相等，大半圆直径为D₃=1mm，小半圆直径为D₁=0.35mm；为了得到良好带内S参数性能，在输入端微带线101处还加载顶层枝节微带线109，同时，将顶层枝节微带线109进行弯折，并在弯折处做了削角处理，斜切率为0.5；顶层枝节微带线109沿水平方向长度L₂=0.4mm、宽度W₃=0.145mm，沿垂直方向高度h₁=0.35mm，宽度W₃=0.145mm，削角部分的宽度W₂=0.205mm；三个弯曲T型微带贴片之间的距离L₁=1.2mm；在输入端微带线上刻蚀L型缝隙，其水平方向长度L₆=0.7mm、垂直方向高度h₂=0.15mm、缝隙宽度W₄=0.01mm，优化了S参数。

图3为中间层金属层（2）包含七个尺寸相等的圆形耦合槽，201为第一个圆形耦合槽，202为第二个圆形耦合槽，203为第三个圆形耦合槽，204为第四个圆形耦合槽，205为第五个圆形耦合槽，206为第六个圆形耦合槽，207为第七个圆形耦合槽，其圆心分别为O₁、O₂、O₃、O₄、O₅、O₆和O₇，其中，第一个圆形耦合槽（201）和第二个圆形耦合槽（202）之间部分重叠，第二个圆形耦合槽（202）和第三个圆形耦合槽（203）之间部分重叠，第三个圆形耦合槽（203）和第四个圆形耦合槽（204）之间部分重叠，第四个圆形耦合槽（204）和第五个圆形耦合槽（205）之间部分重叠，第五个圆形耦合槽（205）和第六个圆形耦合槽（206）之间部分重叠，第六个圆形耦合槽（206）和第七个圆形耦合槽（207）之间部分重叠，D=2.6mm为单个圆形耦合槽的直径，d=0.8mm为耦合槽圆心之间的距离。

图4为底层金属层（3）的微带结构。301为输出端微带线，302为底层第一个弯曲T型微带贴片，303为底层第二个弯曲T型微带贴片，304为底层第三个弯曲T型微带贴片，305为底层第四个弯曲T型微带贴片，306为底层第五个弯曲T型微带贴片，307为底层第六个弯曲T型微带贴片，308为底层第七个弯曲T型微带贴片，309为底层枝节微带线，310为底层L型缝隙。其中，输出端微带线301的宽度为W₁=0.3mm，长度L₃=3mm；七个弯曲T型微带贴片均由直径为D₃的大半圆除去两个直径为D₁的小半圆后直接与输出端微带线301相连，它们的结构相同，尺寸相等，大半圆直径为D₃=1mm，小半圆直径为D₁=0.35mm；为了得到良好带内S参数性能，在输出端微带线301处还加载底层枝节微带线309，同时，将底层枝节微带线309进行弯折，并在弯折处做了削角处理，斜切率为0.5；底层枝节微带线309沿水平方向长度L₂=0.4mm、宽度W₃=0.145mm，沿垂直方向高度h₁=0.35mm，宽度W₃=0.145mm，削角部分的宽度W₂=0.205mm；三个弯曲T型微带贴片之间的距离L₁=1.2mm；在输出端微带线上刻蚀L型缝隙，其水平方向长度L₆=0.7mm、垂直方向高度h₂=0.15mm、缝隙宽度W₄=0.01mm，优化了S参数。

图5为滤波器仿真结果，该滤波器通带的频段达到20-35GHz，中心频率为27.5GHz，回波损耗S11优于-15dB，插入损耗优于-2dB，绝对带宽15GHz，相对带宽55%，体现了良好的通带性能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方案，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种多层毫米波超宽带带通滤波器，其特征是：电路由两层电介质和三层金属层构成，两层电介质均采用RO4003C材料；三层金属层包括顶层金属层（1）、中间层金属层（2）和底层金属层（3），其中，顶层金属层和底层金属层均包含弯曲T型微带贴片；所述的顶层金属层（1）包含输入端微带线（101），七个弯曲T型微带贴片，第一个弯曲T型微带贴片（102），第二个弯曲T型微带贴片（103），第三个弯曲T型微带贴片（104），第四个弯曲T型微带贴片（105），第五个弯曲T型微带贴片（106），第六个弯曲T型微带贴片（107）和第七个弯曲T型微带贴片（108），顶层枝节微带线（109），顶层L型缝隙（110）；所述的中间层金属层（2）包括七个直径相等的圆形耦合槽，第一个圆形耦合槽（201），第二个圆形耦合槽（202），第三个圆形耦合槽（203），第四个圆形耦合槽（204），第五个圆形耦合槽（205），第六个圆形耦合槽（206）和第七个圆形耦合槽（207），其中，第一个圆形耦合槽（201）和第二个圆形耦合槽（202）之间部分重叠，第二个圆形耦合槽（202）和第三个圆形耦合槽（203）之间部分重叠，第三个圆形耦合槽（203）和第四个圆形耦合槽（204）之间部分重叠，第四个圆形耦合槽（204）和第五个圆形耦合槽（205）之间部分重叠，第五个圆形耦合槽（205）和第六个圆形耦合槽（206）之间部分重叠，第六个圆形耦合槽（206）和第七个圆形耦合槽（207）之间部分重叠；所述底层金属层（3）包含输出端微带线（301），七个弯曲T型微带贴片，底层第一个弯曲T型微带贴片（302），底层第二个弯曲T型微带贴片（303），底层第三个弯曲T型微带贴片（304），底层第四个弯曲T型微带贴片（305），底层第五个弯曲T型微带贴片（306），底层第六个弯曲T型微带贴片（307）和底层第七个弯曲T型微带贴片（308），底层枝节微带线（309），底层L型缝隙（310）；所述的弯曲T型微带贴片结构是由一个直径相对较大的大半圆金属贴片两侧除去两个小半圆后形成两个凹槽，再与微带相连而成。

2.根据权利要求1所述的一种多层毫米波超宽带带通滤波器，其特征是：所述的顶层金属层（1）和底层金属层（3）关于电路结构中心呈奇对称性，电路由七个耦合单元级联，使工作频段达到20-35GHz；电路中包含顶层枝节微带线（109），底层枝节微带线（309），顶层L型缝隙（110）和底层L型缝隙（310），使S参数得到优化，改善通带的性能，从而实现好的带外抑制。