CN106785273A - 基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器 - Google Patents

基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器 Download PDF

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李鹏
季佳恺
芮义斌
谢仁宏
郭山红
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    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
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Abstract

本发明公开了一种基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，包括上层介质基片和下层介质基片，上层介质基片设置有上金属层，下层介质基片设置有下金属层，上、下层介质基片之间设置中间金属层；所述上层介质基片设置有两段金属化通孔，下层介质基片相应的位置设置两端金属化通孔；所述上下金属层均为等腰直角三角形；一条馈电微带线在上金属层斜边靠端点的位置与之相连，另一条馈电微带线在相应的位置与下金属层相连；所述中间金属层上设置有一个矩形的孔隙以及一个扇形的孔隙。本发明具有很好的频率选择性和带外抑制性能，同时大大缩减了体积，兼具低损耗、高功率容量的特点。

Description

基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别是一种基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器。
背景技术
自从基片集成波导的概念提出以来，以其低损耗、低成本、高功率容量和易于集成的优点受到了国内外学者的广泛关注。为了减小基片集成波导体积，先后提出了各种小型化的改进结构，如半模基片集成波导、折叠半模基片集成波导、四分之一模基片集成波导和八分之一模基片集成波导。
国内外报导的基于基片集成波导技术的滤波器实现高频率选择性的方法都是通过多个基片集成波导整谐振腔耦合的方式产生传输零点，体积都较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现高频率选择性、低损耗、小型化的基于八分之一模基片集成波导的带通滤波器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，该滤波器基于八分之一模基片集成波导，包括上层介质基片和下层介质基片，所述上层介质基片的上表面设置有上金属层，下层介质基片的下表面设置有下金属层，上层介质基片、下层介质基片之间设置中间金属层；所述上层介质基片设置有第一排金属化通孔、第二排金属化通孔，下层介质基片相应的位置设置第三排金属化通孔、第四排金属化通孔；
所述上金属层、下金属层均为等腰直角三角形；第一条馈电微带线设置于上层介质基片，且与上金属层的斜边相接；第二条馈电微带线设置于下层介质基片，且与下金属层的斜边相接；所述中间金属层设置一个矩形的第一孔隙，以及一个扇形的第二孔隙。
进一步地，所述馈电微带线与上金属层的斜边靠近扇形空隙处相连，所述馈电微带线与下金属层的斜边靠近扇形空隙处相连，且两条馈电微带线关于中间金属层上下对称。
进一步地，所述上金属层被第一排金属化通孔、第二排金属化通孔所在直线分为上下两部分，其中与第一馈电微带线相连的记为上金属层下部分，不与馈电微带线相连的记为上金属层上部分；下金属层被第三排金属化通孔、第四排金属化通孔所在直线分为上下两部分，其中与第二馈电微带线相连的记为下金属层下部分，不与馈电微带线相连的记为下金属层上部分；
所述上金属层下部分、上层介质基片、中间金属层和第一排金属化通孔、第二排金属化通孔构成八分之一模基片集成波导腔体，记为一号腔体；上金属层上部分、上层介质基片、中间金属层和第一排金属化通孔、第二排金属化通孔构成八分之一模基片集成波导腔体，记为二号腔体；下金属层下部分、下层介质基片、中间金属层和第三排金属化通孔、第四排金属化通孔构成八分之一模基片集成波导腔体，记为四号腔体；下金属层上部分、下层介质基片、中间金属层和第三排金属化通孔、第四排金属化通孔构成八分之一模基片集成波导腔体，记为三号腔体。
进一步地，所述中间金属层设置矩形的第一孔隙，以及扇形的第二孔隙，其中第二孔隙为45度的扇形，且第二孔隙的圆心位于上金属层的锐角处；所述第一孔隙用来提供二号腔体和三号腔体之间的耦合，第二孔隙用来提供一号腔体和四号腔体之间的耦合；同时第一馈电微带线与第二馈电微带线之间能通过第二孔隙7产生弱耦合。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)得益于该设计中所采用的结构，在通带两侧共产生四个带外传输零点，频率选择性能优异；(2)采用八分之一腔体结构，有效的缩小了体积，有利于滤波器的小型化；(3)得益于该设计中所采用的结构，形成的四阶带通滤波器具有低损耗、高功率容量、高集成度的特点，十分适合用于高集成度、低损耗的的通信前端。
附图说明
图1是本发明平衡带通滤波器的立体结构示意图。
图2是本发明平衡带通滤波器的顶部结构示意图。
图3是本发明平衡带通滤波器的顶部结构示意图。
图4是本发明实施例1的频率响应仿真和测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
结合图1～2，本发明中基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，包括上层介质基片2和下层介质基片13，所述上层介质基片2的上表面设置有上金属层1，下层介质基片13的下表面设置有下金属层11，上层介质基片2、下层介质基片13之间设置中间金属层8；所述上层介质基片2设置有第一排金属化通孔3、第二排金属化通孔5，下层介质基片13相应的位置设置第三排金属化通孔9、第四排金属化通孔10；
所述上下金属层1、11均为等腰直角三角形；第一条馈电微带线4设置于上层介质基片2，且与上金属层1的斜边相接；第二条馈电微带线12设置于下层介质基片13，且与下金属层11的斜边相接；所述中间金属层3设置一个矩形的第一孔隙6，以及一个扇形的第二孔隙7。
进一步地，所述馈电微带线4与上金属层1的斜边靠近扇形空隙处相连，所述馈电微带线12与下金属层11的斜边靠近扇形空隙处相连，且两条馈电微带线关于中间金属层8上下对称。
进一步地，上金属层1被通孔3、5所在直线分为上下两部分，与第一馈电微带线相连的记为上金属层1下部分，不与馈电微带线相连的记为上金属层1上部分；下金属层11被第三排金属化通孔9、第四排金属化通孔10所在直线分为上下两部分，与第二馈电微带线相连的记为下金属层1下部分，不与馈电微带线相连的记为下金属层1上部分；
所述上金属层1下部分、上层介质基片2、中间金属层8和第一排金属化通孔3、第二排金属化通孔5构成八分之一模基片集成波导腔体，记为一号腔体；上金属层1上部分、上层介质基片2、中间金属层8和第一排金属化通孔3、第二排金属化通孔5构成八分之一模基片集成波导腔体，记为二号腔体；下金属层1下部分、下层介质基片13、中间金属层8和第三排金属化通孔9、第四排金属化通孔10构成八分之一模基片集成波导腔体，记为四号腔体；下金属层1上部分、下层介质基片13、中间金属层8和第三排金属化通孔9、第四排金属化通孔10构成八分之一模基片集成波导腔体，记为三号腔体。
根据权利要求3所述的基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性平衡带通滤波器，其特征在于，所述中间金属层8设置矩形的第一孔隙6，以及扇形的第二孔隙7，其中第二孔隙7为45度的扇形，且第二孔隙7的圆心位于上金属层1的锐角处；所述第一孔隙6用来提供二号腔体和三号腔体之间的耦合，第二孔隙7用来提供一号腔体和四号腔体之间的耦合。同时第一馈电微带线4与第二馈电微带线12之间能通过第二孔隙7产生弱耦合。
实施例1
结合图1和图2，本发明中基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，包括上层介质基片2和下层介质基片13，采用Rogers RO3010介质板设计，每层介质厚度为25mil，相对介电常数为10.2。所述上层介质基片2的上表面设置有上金属层1，下层介质基片13的下表面设置有下金属层11，上下金属层1、11均为等腰直角三角形，直角边长L1＝15.02mm。所述上层介质基片2设置有第一、二排金属化通孔3、5，下层介质基片13相应的位置设置第三、四排金属化通孔9、10；金属化通孔直径0.6mm，相邻通孔间距1mm，通孔3和5间距W1＝6mm，通孔5到等腰直角三角形两个锐角的距离分别为L2＝9.93mm，L3＝11.31mm。上、下层介质基片2、13之间设置中间金属层8；所述中间金属层3设置一个矩形的第一孔隙6，以及一个扇形的第二孔隙7，矩形孔隙长L4＝4.2mm，宽W3＝0.7mm，到上金属层斜边的距离S2＝0.31mm，到通孔圆心所在直线的距离S3＝1mm，扇形孔隙为45度的扇形，且第二孔隙7的圆心位于上金属层1的锐角处，半径R＝4.6mm。第一条馈电微带线4设置于上层介质基片2，且与上金属层1的斜边相接；第二条馈电微带线12设置于下层介质基片13，且与下金属层11的斜边相接；微带线宽度W0.584mm，到上下金属层最近的锐角距离S1＝6.73mm。
图3为本发明的基片集成波导带通滤波器的耦合拓扑结构，其中，S表示源，L表示负载，R1、R2、R3、R4分别代表一、二、三、四号谐振腔。
图4为该滤波器频率响应曲线的仿真和测试结果。在图中可看出，滤波器中心频率为2.96GHz，3dB带宽为520MHz，最小插损为1.35dB，四个传输零点分别位于1.6GHz、2.58GHz、3.38GHz和4.88GHz。
本发明提出的高频率选择性带通滤波器采用的独特结构，在通带两侧分别产生两个带外零点，凸显了很好的频率选择性，此外本发明提出的结构采用了八分之一基片集成波导腔体结构，大大缩减了体积，并且兼具低损耗、高功率容量的特点。

Claims (4)

1.一种基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，其特征在于，该滤波器基于八分之一模基片集成波导，包括上层介质基片(2)和下层介质基片(13)，所述上层介质基片(2)的上表面设置有上金属层(1)，下层介质基片(13)的下表面设置有下金属层(11)，上层介质基片(2)、下层介质基片(13)之间设置中间金属层(8)；所述上层介质基片(2)设置有第一排金属化通孔(3)、第二排金属化通孔(5)，下层介质基片(13)相应的位置设置第三排金属化通孔(9)、第四排金属化通孔(10)；
所述上金属层(1)、下金属层(11)均为等腰直角三角形；第一条馈电微带线(4)设置于上层介质基片(2)，且与上金属层(1)的斜边相接；第二条馈电微带线(12)设置于下层介质基片(13)，且与下金属层(11)的斜边相接；所述中间金属层(3)设置一个矩形的第一孔隙(6)，以及一个扇形的第二孔隙(7)。
2.根据权利要求1所述的基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，其特征在于，所述馈电微带线(4)与上金属层(1)的斜边靠近扇形空隙处相连，所述馈电微带线(12)与下金属层(11)的斜边靠近扇形空隙处相连，且两条馈电微带线关于中间金属层(8)上下对称。
3.根据权利要求2所述的基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，其特征在于，所述上金属层(1)被第一排金属化通孔(3)、第二排金属化通孔(5)所在直线分为上下两部分，其中与第一馈电微带线相连的记为上金属层(1)下部分，不与馈电微带线相连的记为上金属层(1)上部分；下金属层(11)被第三排金属化通孔(9)、第四排金属化通孔(10)所在直线分为上下两部分，其中与第二馈电微带线相连的记为下金属层(1)下部分，不与馈电微带线相连的记为下金属层(1)上部分；
所述上金属层(1)下部分、上层介质基片(2)、中间金属层(8)和第一排金属化通孔(3)、第二排金属化通孔(5)构成八分之一模基片集成波导腔体，记为一号腔体；上金属层(1)上部分、上层介质基片(2)、中间金属层(8)和第一排金属化通孔(3)、第二排金属化通孔(5)构成八分之一模基片集成波导腔体，记为二号腔体；下金属层(1)下部分、下层介质基片(13)、中间金属层(8)和第三排金属化通孔(9)、第四排金属化通孔(10)构成八分之一模基片集成波导腔体，记为四号腔体；下金属层(1)上部分、下层介质基片(13)、中间金属层(8)和第三排金属化通孔(9)、第四排金属化通孔(10)构成八分之一模基片集成波导腔体，记为三号腔体。
4.根据权利要求3所述的基于八分之一模基片集成波导的高频率选择性带通滤波器，其特征在于，所述中间金属层(8)设置矩形的第一孔隙(6)，以及扇形的第二孔隙(7)，其中第二孔隙(7)为45度的扇形，且第二孔隙(7)的圆心位于上金属层(1)的锐角处；所述第一孔隙(6)用来提供二号腔体和三号腔体之间的耦合，第二孔隙(7)用来提供一号腔体和四号腔体之间的耦合；同时第一馈电微带线(4)与第二馈电微带线(12)之间能通过第二孔隙(7)产生弱耦合。
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