CN108428984A - 基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器 - Google Patents

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郭会娟
杨涛
邓森屾
黄维
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    • H01P1/212—Frequency-selective devices, e.g. filters suppressing or attenuating harmonic frequencies

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Abstract

发明涉及基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，包括由上至下依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成的菱形谐振腔；沿所述介质基片的四条边沿及其两条对角线排布有若干圆柱型金属化通孔，通过圆柱型金属化通孔将菱形谐振腔分割为四组呈直角三角形的谐振腔；所述第一、四谐振腔之间的上表面金属层上设有呈S型的开槽；所述第一、四谐振腔的三角形底边上分别连接有第一微带传输线及第二微带传输线。本发明将原本单条电流通道的滤波器拓展为两条通道，形成一个具有传输零点的滤波器，可以有效抑制带外谐波。本发明结构紧凑，性能优越，并且含有传输零点，符合现代无线通信的小型化，高性能的要求。

Description

基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种带通滤波器，尤其是一种基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着现代微波通信***的发展，通信器件向着高性能、低损耗同时小型化方向发展。而近年来，基片集成波导（SIW：Substrate Integrated Waveguide）因其高品质因数、低损耗、尺寸小、可以运行高功率容量等特点，成为了研究热点。过去数十年中，关于各种各样基片集成波导滤波器的大量文献层出不穷。传统的基片集成波导技术，比如矩形、圆形基片集成波导等研究者甚多。然而关于三角形基片集成波导的研究还很不足。同时目前关于提升通信器件性能的研究中，普遍利用级联和折叠技术等，但是尺寸太大，不易集成。三角形基片集成波导因其结构紧凑、易于布局的特点，在微波集成电路***中有着更加广阔的发展前景，亟待进一步研究开发。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，通过谐振腔之间的负反馈，将原本单条电流通道的滤波器拓展为两条通道，形成一个具有传输零点的滤波器，能够有效抑制带外谐波。
为了达到以上目的，本发明提供了一种基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，包括由上至下依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成的菱形谐振腔；沿所述介质基片的四条边沿及其两条对角线排布有若干圆柱型金属化通孔，通过圆柱型金属化通孔将菱形谐振腔分割为四组呈直角三角形的谐振腔；
所述第一谐振腔与第三谐振腔的三角形面积相等，第二谐振腔与第四谐振腔的三角形面积相等，且第二、四谐振腔的面积同时大于第一、三谐振腔的面积；
所述第一、四谐振腔之间的上表面金属层上设有呈S型的开槽；所述第一、四谐振腔的三角形底边上分别连接有第一微带传输线及第二微带传输线，所述第一、二微带传输线的特性阻抗均为50欧姆。
本发明的进一步限定技术特征为：所述第一、第二、第三、第四谐振腔分别以其相邻的直角面为耦合面，两两耦合形成一个菱形谐振腔。且所述第一与第二谐振腔、第二与第三谐振腔、第三与第四谐振腔之间的耦合为磁耦合；第一与第四谐振腔之间的耦合为电耦合。
进一步的，所述四组谐振腔的直角三角形的最小角度为30°。
进一步的，所述第一、二谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段磁耦合窗口的间隙，第二、三谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段磁耦合窗口的间隙，第三、四谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段磁耦合窗口的空隙，第一、四谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段空隙，在所述空隙处的上表面金属层设有呈S型的开槽。
进一步的，所述第一、二微带传输线与第一、四谐振腔的相连处无圆柱型金属化通孔。
进一步的，所述第一微带传输线与第一谐振腔的连接处开有细槽以形成共面波导过渡结构；所述第二微带传输线与第四谐振腔的连接处开有细槽以形成共面波导过渡结构。
进一步的，所述介质基片下表面金属层作为金属接地板，所述金属接地板覆盖整个介质基片下表面。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明利用菱形内部的四个直角三角形谐振腔两两之间的相互耦合，将每个腔体对应的不同等效谐振频率组合起来，构成一个滤波器，并拓宽了该滤波器的通带范围。
（2）本发明利用在第一和第四谐振腔之间的金属通孔空隙引入S形细槽，即引入两个谐振腔之间的负反馈，使将原本单条电流通道的滤波器拓展为两条通道（第一二三四腔体路线和第一四腔体路线），形成一个在通带外的高频和低频处同时具有传输零点的滤波器，可以有效抑制带外谐波，提高带外性能。
（3）本发明主要结构就是将四个直角三角形谐振腔构成一个完整的菱形谐振腔体，结构简单紧凑，易于加工。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的三维分层结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明中S型开槽的结构示意图。
图4为本发明中S参数仿真波形图。
标号说明：1-上表面金属层，2-介质基片，3-下表面金属接地板，4-微带传输线，5-共面波导过渡结构，6-圆柱型金属化通孔，7-S型开槽,8-第一谐振腔，9-第二谐振腔，10-第三谐振腔，11-第四谐振腔。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，结构如图1至图3所示，包括由上至下依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成的菱形谐振腔。
其中，沿所述介质基片的四条边沿及其两条对角线排布有若干圆柱型金属化通孔，通过圆柱型金属化通孔将菱形谐振腔分割为四组呈直角三角形的谐振腔；它们均包括由上至下的上表面金属层、介质基片和下表面金属接地板。
如图2所示，第一谐振腔和第三谐振腔介质基片上三列金属化通孔围成的三角形面积相等，第二谐振腔和第四谐振腔介质基片上三列金属化通孔围成的三角形面积相等同时大于其他两腔介质基片上三列金属化通孔围成的三角形。所述第一、第二、第三、第四谐振腔分别以其相邻的直角面为耦合面，两两耦合形成一个菱形滤波器。第一、第四谐振腔之间的金属通孔排布留有一段空隙，在该空隙处上层金属层开有一个S型细槽。第一、第二谐振腔之间的金属通孔排布留有一段磁耦合窗口的空隙，第二、第三谐振腔之间的金属通孔排布留有一段磁耦合窗口的空隙，第三、第四谐振腔之间的金属通孔排布留有一段磁耦合窗口的空隙。所述第一微带线与第一谐振腔的边界相连，第二微带线与第二谐振腔的边界相连，且第一、第二微带线与整体三角形谐振腔的相连处没有金属化通孔。同时，在本实施例中，第一与第二谐振腔、第二与第三谐振腔、第三与第四谐振腔之间的耦合为磁耦合；第一与第四谐振腔之间的耦合为电耦合。
且，第一微带传输线与第一谐振腔的连接处开有细槽以形成共面波导过渡结构；第二微带传输线与第四谐振腔的连接处开有细槽以形成共面波导过渡结构。
在本实施例中，两条微带传输线的特性阻抗均为50欧姆。
在本实施例中，该带通滤波器为镜面对称结构。
图4是本发明带通滤波器S参数仿真波形图。其中，横坐标为频率，单位：吉赫兹，纵坐标为S参数，单位：分贝，虚线表示滤波器电磁波传输系数与频率的关系，实线表示滤波器电磁波反射系数与频率的关系，证明了通过组合四个直角三角形谐振腔可以拓宽带通滤波器的带宽，引入负反馈可以产生传输零点，提高带外抑制性能。
本发明的实施例中，介质基板采用Rogers 5880介质板，介电常数为2.2，厚度为0.508毫米。由图4可知，本实施例的带通滤波器性能较好，通带的中心工作频率分别为12.4GHz，相对带宽为5.4%，带内最小***损耗为-0.6dB，回波损耗均在-20dB以下，传输零点在-35dB以下，通带两侧均出现传输零点，说明该滤波器通带内外性能优秀，并且有着较高的频率选择性和带外抑制性能。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：包括由上至下依次层叠的上表面金属层、介质基片及下表面金属接地板构成的菱形谐振腔；沿所述介质基片的四条边沿及其两条对角线排布有若干圆柱型金属化通孔，通过圆柱型金属化通孔将菱形谐振腔分割为四组呈直角三角形的谐振腔；
所述第一谐振腔与第三谐振腔的三角形面积相等，第二谐振腔与第四谐振腔的三角形面积相等，且第二、四谐振腔的面积同时大于第一、三谐振腔的面积；
所述第一、四谐振腔之间的上表面金属层上设有呈S型的开槽；所述第一、四谐振腔的三角形底边上分别连接有第一微带传输线及第二微带传输线，所述第一、二微带传输线的特性阻抗均为50欧姆。
2.根据权利要求1所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述第一、第二、第三、第四谐振腔分别以其相邻的直角面为耦合面，两两耦合形成一个菱形谐振腔。
3.根据权利要求2所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述第一与第二谐振腔、第二与第三谐振腔、第三与第四谐振腔之间的耦合为磁耦合；第一与第四谐振腔之间的耦合为电耦合。
4.根据权利要求2所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述四组谐振腔的直角三角形的最小角度为30°。
5.根据权利要求1所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述第一、二谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段磁耦合窗口的间隙，第二、三谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段磁耦合窗口的间隙，第三、四谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段磁耦合窗口的空隙。
6.根据权利要求5所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述第一、四谐振腔之间的圆柱型金属化通孔排布留有一段空隙，在所述空隙处的上表面金属层设有呈S型的开槽。
7.根据权利要求1所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述第一、二微带传输线与第一、四谐振腔的相连处无圆柱型金属化通孔。
8.根据权利要求7所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述第一微带传输线与第一谐振腔的连接处开有细槽以形成共面波导过渡结构；所述第二微带传输线与第四谐振腔的连接处开有细槽以形成共面波导过渡结构。
9.根据权利要求1所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述介质基片下表面金属层作为金属接地板，所述金属接地板覆盖整个介质基片下表面。
10.根据权利要求1所述的基于直角三角形基片集成谐振腔的带通滤波器，其特征在于：所述带通滤波器为镜面对称结构，所述第一和第四谐振腔呈镜面对称，第二和第三谐振腔呈镜面对称。
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