CN104157936B - 基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器。该滤波器由于基片集成波导中间为理想磁壁，电力线平行于第一金属片的对称中心线，可以由此处将基片集成波导一分为二，并不会改变场模式，这样在保证拥有基片集成波导相同的性能同时可以大大减小由基片集成波导构成的器件的体积；而且通过接地孔能有效降低***损耗，提高Q值；另外，通过第一隔直电容、第二隔直电容和第三微波传输线、第四微波传输线，加上行成半模的基片集成波导，能够方便有效的加载直流馈电，方便频率调节；通过第一可变电容和第二可变电容，能够使得基于半模基片集成波导的滤波器的通带产生频率调节。适合在射频器件领域推广运用。
Description
技术领域
本发明属于射频器件领域，具体涉及一种基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器。
背景技术
随着现代微波毫米波电路***的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标越来越高，同时其体积越来越小、重量越来越轻。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带***非常关键。基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide，SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构，它可以有效地实现无源和有源集成，使微波毫米波***小型化，甚至可把整个微波毫米波***制作在一个封装内；而且它的传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的微波毫米波甚至亚毫米波部件及子***具有高Q值、高功率容量、易与其它平面电路和芯片集成等优点，同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成，所以这种结构可以利用普通PCB工艺、LTCC工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现。
利用基片集成波导技术制作的滤波器也具有基片集成波导的特性，能够使得滤波器具有高Q值，高功率容量，易与其它平面电路和芯片集成等优点。在此基础上所发展的可调谐滤波器也引来了越来越多的研究者的注意。但随着通信***的进一步发展，电可调谐滤波器的需求日益增加，而利用基片集成波导技术制作的滤波器大多数属于不可调谐滤波器。在部分的基于基片集成波导的滤波器中，有存在着体积偏大、Q值较低、调节范围不宽、不方便加载调节电压等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种体积较小、***损耗低、Q值较高、方便有效的加载直流馈电且能够产生频率调节的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：该基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，包含上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一金属片，所述第一金属片上设置有多个接地孔，所述第一金属片的下方分别设置有第三微波传输线和第四微波传输线，所述第三微波传输线连接在第一金属片的左端，第四微波传输线连接在第一金属片的右端，并且第三微波传输线与第四微波传输线沿第一金属片的对称中心线对称设置，所述第三微波传输线的左侧连接有第一微波传输线，所述第四微波传输线的右侧连接有第二微波传输线，所述第一微波传输线与第二微波传输线沿第一金属片的对称中心线对称设置，所述第一微波传输线的左端设置有第一输入输出端口，第二微波传输线的右端设置有第二输入输出端口，第三微波传输线的下方依次连接有第一隔直电容、第五微波传输线、第一可变电容、第一接地耦合金属片，第四微波传输线的下方依次连接有第二隔直电容、第六微波传输线、第二可变电容、第二接地耦合金属片，所述第一隔直电容与第二隔直电容的容值相同并且沿第一金属片的对称中心线对称设置，所述第五微波传输线与第六微波传输线沿第一金属片的对称中心线对称设置，所述第一可变电容与第二可变电容的容值相同并且沿第一金属片的对称中心线对称设置，所述第一接地耦合金属片与第二接地耦合金属片沿第一金属片的对称中心线对称设置。
进一步的是，所述第三微波传输线的右侧连接有第一耦合金属片，第四微波传输线的左侧连接有第二耦合金属片，所述第一耦合金属片与第二耦合金属片沿第一金属片的对称中心线对称设置。
进一步的是，所述第三微波传输线与第四微波传输线之间设置有多个第七微波传输线，所述第七微波传输线连接在第一金属片上并且第七微波传输线的下方依次连接有第三隔直电容、第八微波传输线、第三可变电容、第三接地耦合金属片，所述第三隔直电容的容值与第一隔直电容、第二隔直电容的容值相同，第三可变电容的容值与第一可变电容、第二可变电容的容值相同。
进一步的是，所述第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容、第一隔直电容、第二隔直电容、第三隔直电容均是由多个并联的电容器组成。
进一步的是，所述第一输入输出端口、第二输入输出端口的端口阻抗均为50欧姆。
进一步的是，所述介质基板的介电常数εr为2～10，介质基板厚度0.5～5mm。
本发明的有益效果在于：本发明所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器由于基片集成波导中间为理想磁壁，电力线平行于第一金属片的对称中心线，可以由此处将基片集成波导一分为二，并不会改变场模式，这样在保证拥有基片集成波导相同的性能同时可以大大减小由基片集成波导构成的器件的体积；而且通过接地孔能有效降低***损耗，提高Q值；另外，通过第一隔直电容、第二隔直电容和第三微波传输线、第四微波传输线，加上行成半模的基片集成波导，能够方便有效的加载直流馈电，方便频率调节；通过第一可变电容和第二可变电容，能够使得基于半模基片集成波导的滤波器的通带产生频率调节。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器的原理图；
图2是本发明实施例1所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器中心频率调节的传输特性和回波损耗曲线图；
图3是本发明实施例2所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器的原理图；
图4是本发明实施例2所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器中心频率调节的传输特性和回波损耗曲线图；
附图标记说明：第一金属片1、接地孔2、第三微波传输线3、第四微波传输线4、第一微波传输线5、第二微波传输线6、第一输入输出端口7、第二输入输出端口8、第一隔直电容9、第五微波传输线10、第一可变电容11、第一接地耦合金属片12、第二隔直电容13、第六微波传输线14、第二可变电容15、第二接地耦合金属片16、第一耦合金属片17、第二耦合金属片18、第七微波传输线19、第三隔直电容20、第八微波传输线21、第三可变电容22、第三接地耦合金属片23。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1、3所示，该基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，包含上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一金属片1，所述第一金属片1上设置有多个接地孔2，所述第一金属片1的下方分别设置有第三微波传输线3和第四微波传输线4，所述第三微波传输线3连接在第一金属片1的左端，第四微波传输线4连接在第一金属片1的右端，并且第三微波传输线3与第四微波传输线4沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第三微波传输线3的左侧连接有第一微波传输线5，所述第四微波传输线4的右侧连接有第二微波传输线6，所述第一微波传输线5与第二微波传输线6沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一微波传输线5的左端设置有第一输入输出端口7，第二微波传输线6的右端设置有第二输入输出端口8，第三微波传输线3的下方依次连接有第一隔直电容9、第五微波传输线10、第一可变电容11、第一接地耦合金属片12，第四微波传输线4的下方依次连接有第二隔直电容13、第六微波传输线14、第二可变电容15、第二接地耦合金属片16，所述第一隔直电容9与第二隔直电容13的容值相同并且沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第五微波传输线10与第六微波传输线14沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一可变电容11与第二可变电容15的容值相同并且沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一接地耦合金属片12与第二接地耦合金属片16沿第一金属片1的对称中心线对称设置。本发明所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器由于基片集成波导中间为理想磁壁，电力线平行于第一金属片1的对称中心线，可以由此处将基片集成波导一分为二，并不会改变场模式，这样在保证拥有基片集成波导相同的性能同时可以大大减小由基片集成波导构成的器件的体积；而且通过接地孔2能有效降低***损耗，提高Q值；另外，通过第一隔直电容9、第二隔直电容13和第三微波传输线3、第四微波传输线4，加上行成半模的基片集成波导，能够方便有效的加载直流馈电，方便频率调节；通过第一可变电容11和第二可变电容15，能够使得基于半模基片集成波导的滤波器的通带产生频率调节。
进一步的是，所述第三微波传输线3的右侧连接有第一耦合金属片17，第四微波传输线4的左侧连接有第二耦合金属片18，所述第一耦合金属片17与第二耦合金属片18沿第一金属片1的对称中心线对称设置。通过第一接地耦合金属片12和第二接地耦合金属片16，可以减小串联电感，能有效的增加基于半模基片集成波导的带通滤波器的通带频率的可调范围。
在上述实施方式中，所述第三微波传输线3与第四微波传输线4之间设置有多个第七微波传输线19，所述第七微波传输线19连接在第一金属片1上并且第七微波传输线19的下方依次连接有第三隔直电容20、第八微波传输线21、第三可变电容22、第三接地耦合金属片23，所述第三隔直电容20的容值与第一隔直电容9、第二隔直电容13的容值相同，第三可变电容22的容值与第一可变电容11、第二可变电容15的容值相同。由于方便加载调节电压，通过设置多个第七微波传输线19以及第三隔直电容20、第八微波传输线21、第三可变电容22、第三接地耦合金属片23能够扩展更高阶数的滤波器，以提高阻带内较高的衰减特性。
为了便于产生频率调节以及方便频率的调节，所述第一可变电容11、第二可变电容15、第三可变电容22、第一隔直电容9、第二隔直电容13、第三隔直电容20均是由多个并联的电容器组成。
另外，为了匹配阻抗，所述第一输入输出端口7、第二输入输出端口8的端口阻抗均为50欧姆。所述介质基板的介电常数εr为2～10，介质基板厚度0.5～5mm。
实施例一
如图1所示，本实施例所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器包含上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一金属片1，所述第一金属片1上设置有多个接地孔2，所述第一金属片1的下方分别设置有第三微波传输线3和第四微波传输线4，所述第三微波传输线3连接在第一金属片1的左端，第四微波传输线4连接在第一金属片1的右端，并且第三微波传输线3与第四微波传输线4沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第三微波传输线3的左侧连接有第一微波传输线5，所述第四微波传输线4的右侧连接有第二微波传输线6，所述第一微波传输线5与第二微波传输线6沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一微波传输线5的左端设置有第一输入输出端口7，第二微波传输线6的右端设置有第二输入输出端口8，第三微波传输线3的下方依次连接有第一隔直电容9、第五微波传输线10、第一可变电容11、第一接地耦合金属片12，第四微波传输线4的下方依次连接有第二隔直电容13、第六微波传输线14、第二可变电容15、第二接地耦合金属片16，所述第一隔直电容9与第二隔直电容13的容值相同并且沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第五微波传输线10与第六微波传输线14沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一可变电容11与第二可变电容15的容值相同并且沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一接地耦合金属片12与第二接地耦合金属片16沿第一金属片1的对称中心线对称设置。所述第三微波传输线3的右侧连接有第一耦合金属片17，第四微波传输线4的左侧连接有第二耦合金属片18，所述第一耦合金属片17与第二耦合金属片18沿第一金属片1的对称中心线对称设置。所述第一输入输出端口7、第二输入输出端口8的端口阻抗均为50欧姆。
本实施例所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器的调节范围为856MHz-1471MHz，介质基板的介电常数为2.65、损耗因子为0.001、厚度2mm。第一可变电容11和第二可变电容15采用SKYWORKS公司的SMV1405-074，其单个可变范围为0.63～2.67pF，第一可变电容11和第二可变电容15分别采用了4个电容器并联形成，其可调范围为2.52～10.68pF。第一隔直电容9和第二隔直电容13采用ATC公司的600S120FT250XT，标称值为12pF，第一隔直电容9和第二隔直电容13分别采用了两个12pF并联，构成24pF电容，在隔离直流的同时，又不减小整个电路串联的电容值，使得可调范围不受隔直电容的影响。图2所示的是该滤波器的仿真的传输特性和反射特性图，横轴表示频率，纵轴表示传输特性|S21|和反射特性|S11|。由图2可以看出，该基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器拥有856MHz-1471MHz的频率调节范围。其相对带宽基本保持恒定，稳定在6％左右。在中心频率变化时，***损耗在1.84～3.69dB范围变化，通带内最大回波损耗在16～34dB范围内变化,阻带衰减40dB。
实施例二
如图3所示，本实施例所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器包含上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一金属片1，所述第一金属片1上设置有多个接地孔2，所述第一金属片1的下方分别设置有第三微波传输线3和第四微波传输线4，所述第三微波传输线3连接在第一金属片1的左端，第四微波传输线4连接在第一金属片1的右端，并且第三微波传输线3与第四微波传输线4沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第三微波传输线3的左侧连接有第一微波传输线5，所述第四微波传输线4的右侧连接有第二微波传输线6，所述第一微波传输线5与第二微波传输线6沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一微波传输线5的左端设置有第一输入输出端口7，第二微波传输线6的右端设置有第二输入输出端口8，第三微波传输线3的下方依次连接有第一隔直电容9、第五微波传输线10、第一可变电容11、第一接地耦合金属片12，第四微波传输线4的下方依次连接有第二隔直电容13、第六微波传输线14、第二可变电容15、第二接地耦合金属片16，所述第一隔直电容9与第二隔直电容13的容值相同并且沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第五微波传输线10与第六微波传输线14沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一可变电容11与第二可变电容15的容值相同并且沿第一金属片1的对称中心线对称设置，所述第一接地耦合金属片12与第二接地耦合金属片16沿第一金属片1的对称中心线对称设置。所述第三微波传输线3与第四微波传输线4之间设置有第七微波传输线19，所述第七微波传输线19连接在第一金属片1上并且第七微波传输线19的下方依次连接有第三隔直电容20、第八微波传输线21、第三可变电容22、第三接地耦合金属片23，所述第三隔直电容20的容值与第一隔直电容9、第二隔直电容13的容值相同，第三可变电容22的容值与第一可变电容11、第二可变电容15的容值相同。
本实施例所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器的调节范围为1183MHz-1883MHz，介质基板的相对介电常数为2.65、损耗因子为0.001、厚度2mm的介质基板上。其中第一可变电容11、第二可变电容15和第三可变电容22采用SKYWORKS公司的SMV1405-074，其单个可变范围为0.63～2.67pF，第一可变电容11、第二可变电容15和第三可变电容22分别采用了4个电容器并联形成，其可调范围为2.52～10.68pF。第一隔直电容9、第二隔直电容13和第三隔直电容20采用的是ATC公司的600S120FT250XT，标称值为12pF，第一隔直电容9、第二隔直电容13和第三隔直电容20分别采用了两个12pF并联，构成24pF电容，在隔离直流的同时，又不减小整个电路串联的电容值，使得可调范围不受隔直电容的影响。图4所示的是该滤波器的仿真的传输特性和反射特性图，横轴表示频率，纵轴表示传输特性|S21|和反射特性|S11|。由图4可以看出，该滤波器拥有1183MHz-1883MHz的频率调节范围。其相对带宽基本保持恒定，稳定在11.5％左右。在中心频率变化时，***损耗在0.798～2.026dB范围变化，通带内最大回波损耗在21～34dB范围内变化，阻带衰减50dB。
另外，第一可变电容11、第二可变电容15和第三可变电容22可以采用射频微机***或半导体二极管和三极管来实现。
Claims (5)
1.基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，其特征在于：包含上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一金属片(1)，所述第一金属片(1)上设置有多个接地孔(2)，所述第一金属片(1)的下方分别设置有第三微波传输线(3)和第四微波传输线(4)，所述第三微波传输线(3)连接在第一金属片(1)的左端，第四微波传输线(4)连接在第一金属片(1)的右端，并且第三微波传输线(3)与第四微波传输线(4)沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置，所述第三微波传输线(3)的左侧连接有第一微波传输线(5)，所述第四微波传输线(4)的右侧连接有第二微波传输线(6)，所述第一微波传输线(5)与第二微波传输线(6)沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置，所述第一微波传输线(5)的左端设置有第一输入输出端口(7)，第二微波传输线(6)的右端设置有第二输入输出端口(8)，第三微波传输线(3)的下方依次连接有第一隔直电容(9)、第五微波传输线(10)、第一可变电容(11)、第一接地耦合金属片(12)，第四微波传输线(4)的下方依次连接有第二隔直电容(13)、第六微波传输线(14)、第二可变电容(15)、第二接地耦合金属片(16)，所述第一隔直电容(9)与第二隔直电容(13)的容值相同并且沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置，所述第五微波传输线(10)与第六微波传输线(14)沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置，所述第一可变电容(11)与第二可变电容(15)的容值相同并且沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置，所述第一接地耦合金属片(12)与第二接地耦合金属片(16)沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置，所述第三微波传输线(3)的右侧连接有第一耦合金属片(17)，第四微波传输线(4)的左侧连接有第二耦合金属片(18)，所述第一耦合金属片(17)与第二耦合金属片(18)沿第一金属片(1)的对称中心线对称设置。
2.如权利要求1所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，其特征在于：所述第三微波传输线(3)与第四微波传输线(4)之间设置有多个第七微波传输线(19)，所述第七微波传输线(19)连接在第一金属片(1)上并且第七微波传输线(19)的下方依次连接有第三隔直电容(20)、第八微波传输线(21)、第三可变电容(22)、第三接地耦合金属片(23)，所述第三隔直电容(20)的容值与第一隔直电容(9)、第二隔直电容(13)的容值相同，第三可变电容(22)的容值与第一可变电容(11)、第二可变电容(15)的容值相同。
3.如权利要求2所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，其特征在于：所述第一可变电容(11)、第二可变电容(15)、第三可变电容(22)、第一隔直电容(9)、第二隔直电容(13)、第三隔直电容(20)均是由多个并联的电容器组成。
4.如权利要求3所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，其特征在于：所述第一输入输出端口(7)、第二输入输出端口(8)的端口阻抗均为50欧姆。
5.如权利要求4所述的基于半模基片集成波导的电可调谐带通滤波器，其特征在于：所述介质基板的介电常数εr为2～10，介质基板厚度0.5～5mm。
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2014
- 2014-07-29 CN CN201410367634.0A patent/CN104157936B/zh active Active
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104157936A (zh) | 2014-11-19 |
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