CN112952322B - 基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，包含顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层介质基片和底层金属层。顶层和底层介质基片上均设置有四排金属化通孔以及一个独立金属化通孔；中间层金属层上蚀刻有一大一小的两个L形槽；四排金属化通孔与三层金属层、两层介质基片、中间层金属层的第一L形槽构成双重折叠的四分之一模折叠基片集成波导谐振腔。折叠基片集成波导谐振腔中间独立金属化通孔以及第二L形槽可以用来抑制寄生模式TE₂₀₂模。本发明滤波器结构紧凑，馈电简单，选择性和带外抑制好，降低了加工难度，与传统的基片集成波导双模滤波器相比，减少了面积、辐射损耗，更适合应用于现代微波/毫米波电路集成。

Description

基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种基于折叠基片集成波导谐振腔的具有模式抑制特性的双模带通滤波器，可用于微波/毫米波技术领域。

背景技术

作为射频/微波电路的一个重要组成部分，现代滤波器朝着低成本，重量轻，小型化，高功率容量，高性能的方向发展。在过去的十年中，一些高性能，低成本的基片集成波导滤波器被提出。这些基片集成波导滤波器结合了波导以及平面电路结构的各种优点，包括低损耗，低成本，高性能并且便于平面集成。

双模基片集成波导滤波器是对基片集成波导滤波器技术的一个重要发展。双模基片集成波导滤波器可以在设计滤波器的过程中显著减少谐振腔的数量减小滤波器的尺寸，增加了设计的灵活性，提高滤波器的性能。使用不同的双模基片集成波导结构在滤波器的阻带引入传输零点，得到非对称的或者准椭圆函数响应提高滤波器的带外抑制以及选择特性。

在双模基片集成波导滤波器的基础上，结合折叠基片集成波导技术沿着两条对称的H面对双模基片集成波导谐振腔折叠两次得到四分之一模折叠基片集成波导谐振腔。用双重折叠的基片集成波导谐振腔设计双模滤波器能够保持高性能的同时进一步缩小双模滤波器的尺寸，同时封闭式的结构便于最终的带通滤波器和其他平面电路集成。

综上所述，如何发挥双重折叠的四分之一模折叠基片集成波导以及双模滤波器的优势，并提供一种小型化双层折叠基片集成波导滤波器件，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提出一种基于折叠基片集成波导谐振腔的具有模式抑制特性的双模带通滤波器。

技术方案：本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，包括顶层介质基片、底层介质基片及设置在二者之间的中间层金属层，顶层介质基片的上表面设置有顶层金属层，底层介质基片的下表面设置有底层金属层；

所述顶层介质基片与底层介质基片上均设置有四排金属化通孔，四排金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层金属层、底层介质基片相连接，构成金属电壁；顶层介质基片和底层介质基片上的四排金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层金属层、底层介质基片和中间层金属层上蚀刻的第一L形槽构成双重折叠的四分之一模折叠基片集成波导谐振腔；

谐振腔中间设置有一个独立金属化通孔，该金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层介质基片、底层金属层相连接；

中间层金属层为正方形状，其两个对角蚀刻有第一L形槽，及长度小于第一L形槽的第二L形槽；

中间层金属层上设置有两条与折叠基片集成波导相连接的带状线、及两条与带状线相连接的微带线，两条微带线构成该双模带通滤波器的两个端口。

优选地，所述顶层介质基片与底层介质基片叠合放置且相互贴合。

优选地，四排金属化通孔正交排列构成正方形金属壁。

优选地，折叠基片集成波导谐振腔内部的独立金属化通孔朝着第一L形槽方向偏离腔体中心。

优选地，所述第一L形槽和第二L形槽的边沿构成金属壁的金属化通孔内侧设置，两个L形槽方向相反，分别位于中间层金属层的对角处，并且关于对角线对称。

优选地，两组微带线-带状线过渡结构相互垂直，位于折叠基片集成波导谐振腔两电壁的中心。

优选地，所述顶层介质基片与底层介质基片材质和厚度相同。

有益效果：本发明采用以上技术方案与现有的技术相比，具有以下技术效果：本发明设计结构简单，滤波器结构紧凑，滤波器选择特性及带外抑制好，插损低。其双层的结构与传统的基片集成波导滤波器相比面积减小，更适合应用于现代微波毫米波电路集成中。同时采用双模折叠基片集成波导谐振腔能够进一步减小滤波器的尺寸。加载第二L形槽和独立金属化通孔，能有效抑制双模滤波器上阻带由于TE₂₀₂模式产生的寄生通带，提高滤波器的带外抑制，并且调节第二L形槽的尺寸能灵活调节双模带通滤波器的带宽，同时由于L形槽都蚀刻在中间层金属层上，整体滤波器是一个封闭式结构减小了由于在传统基片集成波导谐振腔的上层金属上或者地板蚀刻花纹所引起的辐射损耗，降低了加工难度与成本，便于和其他平面电路集成。

附图说明

图1是本发明实施例的双模带通滤波器的三维结构示意图。

图2是本发明实施例的双模带通滤波器的三维剖分图。

图3是本发明实施例的双模带通滤波器的俯视结构示意图。

图4是本发明实施例的双模带通滤波器对比例(未蚀刻第二L形槽以及设置独立金属化通孔)的S参数幅度的仿真结果图。

图5是本发明实施例的双模带通滤波器的S参数幅度的仿真结果图。

其中，1-顶层金属层，2-顶层介质基片，3-中间层金属层，4-底层介质基片，5-底层金属层，6-金属化通孔，7-独立金属化通孔，8-第二L形槽，9-微带线，10-第一L形槽，11-带状线。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围内。

本发明实施例揭示了一种基于折叠基片集成波导谐振腔的具有模式抑制特性的双模带通滤波器，如图1、图2和图3所示，该双模带通滤波器包括顶层介质基片2、底层介质基片4及设置在两者之间的中间层金属层3，顶层介质基片2与底层介质基片4叠合放置且相互贴合，顶层介质基片2的上表面设置有顶层金属层1，底层介质基片4的下表面设置有底层金属层5。顶层介质基片2与底层介质基片4上均设置有四排尺寸和周期相同的金属化通孔6，四排金属化通孔与顶层金属层1、顶层介质基片2、中间层金属层3、底层金属层5、底层介质基片4相连接，构成正方形金属电壁。中间层金属层为正方形状，其两个对角蚀刻有一个第一L形槽10，一个第二L形槽8，其中第一L形槽10的长度大于第二L形槽8。两个L形槽的边沿金属壁内侧设置，方向相反，关于中间层金属层的对角线对称。顶层介质基片2和底层介质基片4上的四排金属化通孔与顶层金属层1、顶层介质基片2、中间层金属层3、底层金属层5、底层介质基片4、中间层金属层上3的第一L形槽10构成整个双重折叠的四分之一模折叠基片集成波导谐振腔；

谐振腔中间设置有一个独立金属化通孔7，该金属化通孔7与顶层金属层1、顶层介质基片2、中间层金属层3、底层介质基片4、底层金属层5相连接。

中间层金属层3上设置有两条与折叠基片集成波导谐振腔相连接的带状线11、及两条与带状线相连接的微带线9，两条微带线相互垂直并且关于正方形腔体对角线对称，构成该双模带通滤波器的两个端口。

由于折叠集成波导双模滤波器是一种双层电路，微带线到带状线过渡电路接入折叠基片集成波导谐振腔以实现阻抗匹配。

本发明实施例中，双重折叠基片集成波导谐振腔通过在两层印刷电路板上设计一系列金属化通孔实现。顶层介质基片和底层介质基片上设置的独立金属化通孔用来抑制双模滤波器上阻带的寄生模式，提高双模折叠基片集成波导滤波器的带外抑制特性。中间层金属层上蚀刻的第二L形槽，用来调节双模带通滤波器两个模式的耦合进而调节最终双模带通滤波器的带宽。

在具体设计实例中，顶层介质基片与底层介质基片均为Rogers 5880介质板，其中，顶层介质基片与底层介质基片的介电常数均为2.2，顶层介质基片与底层介质基片的厚度均为0.508mm。中间层金属层上设置有两条与折叠基片集成波导谐振腔相连接的微带线转带状线过渡结构构成该双层折叠基片集成波导双模滤波器的两个输入输出端口，两条微带线的阻抗均为50欧姆。两个L形槽关于腔体对角线对称且L形槽最外侧距离两边的金属化通孔的圆心的距离为1mm，两个L形槽一条直角边的长度分别为16mm和2.5mm。独立金属化通孔位于折叠基片集成谐振腔中电场零点处，并且偏离正方形腔体的两条对称轴的距离为1.78mm。本发明设计结构简单，尺寸紧凑，滤波器选择特性和带外抑制好，降低了加工难度和加工成本且面积减小。

图4为未设置独立的金属化通孔7以及第二L形槽时未有寄生模式抑制的S参数幅度的仿真结果图。图5为本发明中S参数幅度的仿真结果，由图5可知，本发明双模滤波器的3-dB工作带宽为9.18GHz-9.58GHz,中心频率为9.38GHz,相对带宽为4.3％，输入端口与输出端口的回波损耗均大于25dB。通带两边7GHz和9.68GHz处分别有一个传输零点提高了双模滤波器的选择特性。对比图4和图5可知，滤波器上阻带的寄生模式能够被抑制掉从而提高了双模滤波器的带外抑制特性。

本发明可实现在一个较窄的频段上顺利实现输入信号功率的选择，相比较同等技术的基片集成波导电路下的双模带通滤波器，本发明在减小滤波电路尺寸的同时提高了电路性能，制作工艺简单，成本低廉。

Claims (7)

1.一种基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：包括顶层介质基片、底层介质基片及设置在二者之间的中间层金属层，顶层介质基片的上表面设置有顶层金属层，底层介质基片的下表面设置有底层金属层；

所述顶层介质基片与底层介质基片上均设置有四排金属化通孔，四排金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层金属层、底层介质基片相连接，构成金属电壁；顶层介质基片和底层介质基片上的四排金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层金属层、底层介质基片和中间层金属层上蚀刻的第一L形槽构成双重折叠的四分之一模折叠基片集成波导谐振腔；

谐振腔中间设置有一个独立金属化通孔，该金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层、底层介质基片、底层金属层相连接；

中间层金属层为正方形状，其两个对角蚀刻有第一L形槽，及长度小于第一L形槽的第二L形槽；

中间层金属层上设置有两条与折叠基片集成波导相连接的带状线、及两条与带状线相连接的微带线，两条微带线构成该双模带通滤波器的两个端口。

2.根据权利要求1所述的基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：所述顶层介质基片、中间层金属层与底层介质基片叠合放置且相互贴合。

3.根据权利要求1所述的基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：四排金属化通孔正交排列构成正方形金属壁。

4.根据权利要求1所述的基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：折叠基片集成波导谐振腔内部的独立金属化通孔朝着第一L形槽方向偏离腔体中心。

5.根据权利要求1所述的基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：所述第一L形槽和第二L形槽的边沿构成金属壁的金属化通孔内侧设置，两个L形槽方向相反，分别位于中间层金属层的对角处，并且关于对角线对称。

6.根据权利要求1所述的基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：两组微带线-带状线过渡结构相互垂直，位于折叠基片集成波导谐振腔两电壁的中心。

7.根据权利要求1所述的基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器，其特征在于：所述顶层介质基片与底层介质基片材质和厚度相同。

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