CN108493534B - 一种四模基片集成波导宽带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种四模基片集成波导宽带滤波器，主要解决基片集成波导单腔多模实现滤波器带宽展宽的问题。其包括介质基板，下层金属贴片，上层金属贴片，第一金属化通孔，第二金属化通孔，蚀刻矩形缝隙结构，金属化盲孔及微带馈线。在对角带有第二金属化通孔微扰的基片集成波导双模谐振腔基础之上，通过在上层金属贴片蚀刻矩形缝隙结构实现基模频率升高，并在矩形缝隙结构周围增加四个金属化盲孔实现三次模模式频率降低，从而实现四个模式频率靠近。并通过微带馈电方式实现外部耦合，实现一种四模基片集成波导宽带滤波器的设计。本发明实现滤波器的带宽展宽，同时改善滤波器通带的选择特性，可应用于射频无线通信系统。
Description
技术领域
本发明属于微波技术领域，涉及一种基片集成波导滤波器，具体涉及一种四模基片集成波导宽带滤波器，可用于无线通信系统射频前端。
背景技术
在现代微波无线通信系统中，滤波器和双工器等无源器件有着十分重要的作用。传统的微波毫米波滤波器通常采用波导或微带传输线结构，但是它们自身有着难以克服的缺点。对于微带或带状线等平面结构滤波器，它们虽然具有体积小，重量轻，易于与板级电路集成的优点，但存在功率容量低，损耗大，以及半开放结构带来电磁兼容问题的缺点；而对于金属波导类滤波器，虽然能够实现高功率容量，低插入损耗，性能优异，但是加工成本较高，且体积庞大不适合与现代微波平面电路集成。基片集成波导通过周期性金属通孔实现了类波导结构，既继承了传统波导器件高品质因数和大功率容量等优良特性，还保留了一般平面传输线滤波器易于加工、造价低和容易集成的优点，被广泛应用于设计各种微波与毫米波器件。
采用简并模式的双模谐振腔理论来设计微波滤波器是近年来研究的热点，通过在谐振腔中加入微扰单元使谐振腔的一对简并模式分离，从而实现双模滤波器的设计。它可以有效地减小滤波器的尺寸，并且具有良好的频率选择性。使用双模谐振腔设计带通滤波器，须通过多级双模谐振腔级联实现滤波器带宽展宽，势必会增大滤波器整体的体积。多模谐振器在不增加级数的情况下设计带通滤波器，用更少的谐振单元实现相同的指标，从而满足现代通信终端的小型化需求，多模谐振器受到国内外众多学者越来越高的重视，多模谐振器机理应用于基片集成波导滤波器研究与设计具有深远意义。
例如，2017年，陈卫东等人在IEEE Microwave and Wireless ComponentsLetters期刊(Vol.27No.7pp.344-346,2017)上发表了“Miniaturized Dual-Band FilterUsing Dual-Capacitively Loaded SIW Cavities”，提出了一种基于电容性加载的基片集成波导双通带滤波器，但由于高次模式谐波在第二通带附近出现，滤波器高频处带外的选择特性并不优异，而且由于每个通带仅采用两个模式构成，因此滤波器的相对带宽也比较窄。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种四模基片集成波导宽带滤波器，实现滤波器通带带宽的展宽，同时改善滤波器的阻带特性。
本发明的技术思路是：在对角带有金属化通孔微扰的基片集成波导双模谐振腔基础上，通过在上层金属贴片蚀刻矩形结构实现基础模式谐振频率升高，并在蚀刻矩形结构周围增加四个金属化盲孔实现三次模模式频率降低，从而实现四个模式频率靠近。并通过微带馈电方式实现外部耦合，构成一种四模基片集成波导宽带滤波器。
根据上述技术思路，实现本发明目的采取的技术方案为：
一种四模基片集成波导宽带滤波器，包括介质基板1；
所述介质基板1的形状为矩形，该介质基板1的下表面印制有下层金属贴片2，上表面印制有正方形的上层金属贴片3；所述上层金属贴片3位于介质基板1沿宽度方向上的两条对边上各连接一个微带馈线8，作为滤波器的输入端和输出端；所述上层金属贴片3的四周通过被输入端和输出端隔断的多个第一金属化通孔4与下层金属贴片2连接，形成基片集成波导谐振腔，该上层金属贴片3的任意一条对角线靠近顶点的位置各设置一个与下层金属贴片2连接的第二金属化通孔5，用于实现基片集成波导谐振腔的二次简并模状态；
所述上层金属贴片3的中间位置蚀刻有矩形缝隙结构6，用于提高基片集成波导谐振腔的一次基模谐振频率；所述介质基板1的下表面靠近矩形缝隙结构6四条边附近，各设置一个金属化盲孔7，用于降低基片集成波导谐振腔的三次模谐振频率。
作为优选，所述上层金属贴片3，其边长与介质基板1的宽度尺寸相等。
作为优选，所述矩形缝隙结构6，采用中心与上层金属贴片3的中心重合的正方形缝隙结构。
作为优选，所述介质基板1，其下表面靠近矩形缝隙结构6的四条边附近设置的金属化盲孔7，位于各金属化盲孔7对应的矩形缝隙所在边的中心位置，四个金属化盲孔7的尺寸相同，且距离对应的矩形缝隙所在边的尺寸相等。
作为优选，所述微带馈线8，位于上层金属贴片3对应边的中间位置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明采用在上层金属贴片蚀刻矩形结构实现谐振腔基础模式频率升高，改善滤波器通带低频阻带特性。
2.本发明采用在蚀刻矩形结构周围增加金属化盲孔实现谐振腔三次模模式频率降低，改善滤波器通带高频阻带特性。
3.本发明采用提高谐振腔基础模式频率，降低谐振腔三次模模式频率，从而靠近简并的双模频率，实现滤波器通带带宽的展宽。
附图说明
图1为本发明实施例1的三维结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明实施例1的频率响应曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
参照图1和图2，本发明包括介质基板1，下层金属贴片2，上层金属贴片3，第一金属化通孔4，第二金属化通孔5，矩形缝隙结构6，金属化盲孔7及微带馈线8；其中：
所述介质基板1采用Rogers RT/duroid 5880板材，相对介电常数εr＝2.2，厚度H＝1长L＝18.4宽W＝10.4；
所述下层金属贴片2印制在介质基板1的下表面，作为金属地板，所述上层金属贴片3印制在介质基板1的上表面，下层金属贴片2与上层金属贴片3均采用铜镀银形式，其中下层金属贴片2长L＝18.4宽W＝10.4，上层金属贴片3采用正方形结构，其边长为a，a＝10.4；
所述上层金属贴片3的四周通过被输入端和输出端隔断的多个第一金属化通孔4与下层金属贴片2连接，形成基片集成波导谐振腔，其中第一金属化通孔4的半径为r，r＝0.3，间距为d，d＝0.8；
所述第二金属化通孔5，位于上层金属贴片3的任意一条对角线靠近顶点的位置，用于实现基片集成波导谐振腔工作在TE102和TE201简并模状态，其中第二金属化通孔5半径为r0，r0＝0.6，距上层金属贴片3对角顶点为l，l＝2；
所述矩形缝隙结构6，用于提高基片集成波导谐振腔基础模式TE101的谐振频率，模式频率改变的程度与矩形缝隙结构6的尺寸有关，本实施例采用中心与上层金属贴片3的中心重合的正方形缝隙结构，其边长为S，S＝5.9；
所述金属化盲孔7位于对应的矩形缝隙所在边的中心位置，用于降低基片集成波导谐振腔三次模TE202的谐振频率，模式频率改变的程度与金属化盲孔7的尺寸与位置有关，四个金属化盲孔7的尺寸相同，且距离对应的矩形缝隙所在边的尺寸相等，其中金属化盲孔7半径为R0，R0＝1.2，高度为h，h＝0.8，到对应矩形缝隙结构6所在边的距离为d0，d0＝0.6；
所述微带馈线8位于介质基板1沿宽度方向上的两条对边上，与上层金属贴片3对应边的中间位置连接，是由于中间位置可以更好的激励出基片集成波导谐振腔的各个模式，微带馈线8作为滤波器的输入端和输出端，实现滤波器的外部耦合，其长度为L0，L0＝4，宽度为W0＝3.1，W0为50欧姆微带线宽度；
本实施例滤波器的频率响应曲线如图3所示，图3中的S21为滤波器的传输特性曲线，S11为滤波器的反射特性曲线。由图3可以清晰看出四个模式的频率分布，分别对应TE101，TE102，TE201，TE202模式的谐振频率，实现了滤波器通带带宽的展宽，同时改善带外的选择特性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种四模基片集成波导宽带滤波器，包括介质基板(1)；
所述介质基板(1)的形状为矩形，该介质基板(1)的下表面印制有下层金属贴片(2)，上表面印制有正方形的上层金属贴片(3)；所述上层金属贴片(3)位于沿介质基板(1)宽度方向上的两条对边上各连接一个微带馈线(8)，作为滤波器的输入端和输出端；所述上层金属贴片(3)的四周通过被输入端和输出端隔断的多个第一金属化通孔(4)与下层金属贴片(2)连接，形成基片集成波导谐振腔，该上层金属贴片(3)的任意一条对角线靠近顶点的位置各设置一个与下层金属贴片(2)连接的第二金属化通孔(5)，用于实现基片集成波导谐振腔的二次简并模状态；
其特征在于，所述上层金属贴片(3)的中间位置蚀刻有矩形缝隙结构(6)，用于提高基片集成波导谐振腔的一次基模谐振频率；所述介质基板(1)的下表面位于矩形缝隙结构(6)四条边外侧附近，且位于上层金属贴片(3)的金属部分下方，各设置一个金属化盲孔(7)，用于降低基片集成波导谐振腔的三次模谐振频率。
2.根据权利要求1所述的一种四模基片集成波导宽带滤波器，其特征在于，所述上层金属贴片(3)，其边长与介质基板(1)的宽度尺寸相等。
3.根据权利要求1所述的一种四模基片集成波导宽带滤波器，其特征在于，所述矩形缝隙结构(6)，采用中心与上层金属贴片(3)的中心重合的正方形缝隙结构。
4.根据权利要求1所述的一种四模基片集成波导宽带滤波器，其特征在于，所述介质基板(1)，其下表面靠近矩形缝隙结构(6)四条边附近设置的金属化盲孔(7)，位于各金属化盲孔(7)对应的矩形缝隙所在边的中心位置，四个金属化盲孔(7)的尺寸相同，且距离对应的矩形缝隙所在边的尺寸相等。
5.根据权利要求1所述的一种四模基片集成波导宽带滤波器，其特征在于，所述微带馈线(8)，位于上层金属贴片(3)对应边的中间位置。
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