CN103730709A - 基于基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，包含两端的微带馈电线和中间两个基片集成波导单元。基片集成波导单元包含三层结构：顶层金属层，中间层包含了介质基板与两排金属通孔，底层金属地。所述顶层金属层在中心位置刻蚀一个叉指缝隙，底层金属地也在中心位置刻蚀一个开口谐振环。复合左右手基片集成波导由顶层叉指缝隙，中间层两排金属通孔和底层金属地构成。本发明采用基片集成波导技术，引入复合左右手低频段高截至特性以及互补开口谐振环缺陷地的传输零点，利用其双谐振点独立特性，遵循传统滤波器耦合理论，获得一个较好选择性和良好阻带抑制特性的小型化双带滤波器。

Description

基于基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器

技术领域

本发明属于微波毫米波滤波器领域，具体涉及基片集成波导双带滤波器。 

背景技术

随着无线通信系统的发展和融合，系统功能多元化和用户终端小型化已成为必然趋势，滤波器作为无线通信系统中至关重要的组成部分，对其带外抑制特性、体积、成本、工作频段等性能提出了更高要求。传统的滤波器通常采用微带或波导结构，但有着自身的不足。对于平面微带结构滤波器具有体积小、加工简单、易集成等优点，但存在损耗大、功率容量低等缺点。基于金属波导结构的滤波器有着功率容量高、插损小等优点，但是其加工成本高，且不适合与现代平面电路集成。 

基于基片集成波导（SIW）结构的滤波器继承了波导的损耗低、品质因数高、功率容量大等优点，同时也集合了微带的低剖面、尺寸小、易于与其他平面电路集成等优点。传统基片集成波导滤波器通过独立谐振腔交叉耦合的方法来产生传输零点提高滤波器选择性，但是该方法设计复杂，且尺寸较大，也无法满足现在通信系统的发展要求。目前基于叉指缝隙的复合左右手基片集成波导广泛用于滤波器的设计，其在减小体积及损耗方面具有显著优势，但是频段选择性较差。 

发明内容  

本发明的目的是采用基片集成波导技术，结合复合左右手低频段高截至特性以及互补开口谐振环缺陷地的传输零点，利用其双谐振点独立特性，提出一个较好选择性和良好阻带抑制特性的小型化双带滤波器。

本发明的技术方案如下： 

一种基于基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，它包含两端的微带馈电线和中间两个基片集成波导单元。

所述基片集成波导单元包含了三层结构：顶层金属层，中间层和底层金属地。其中中间层包含了介质基板与连接顶层金属和底层金属的两排金属通孔。顶层金属层在中心位置刻蚀一个叉指缝隙，底层金属地也在中心位置刻蚀一个互补开口谐振环，其中心与叉指缝隙中心重合。 

所述互补开口谐振环缺陷地是在底层金属地刻蚀了一个互补开口谐振环，其结构具有一个由其尺寸控制的传输零点和一个谐振点。 

所述复合左右手基片集成波导单元由顶层的叉指缝隙，中间层的两排金属通孔和底层金属地构成，其单元结构具有呈现低频的左手通带，高频的右手通带，左手通带和右手通带之间的阻带的传输特性，并在低频段具有与其尺寸相关的陡峭左手截至频率和一个负阶谐振点。 

 所述基于基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器的关键技术难点在于解决复合左右手基片集成波导结构和互补开口谐振环缺陷地结构之间的耦合问题，确定影响双带传输响应的关键结构参数。精确设计复合左右手叉指缝隙的长度，确定复合左右手的负一阶谐振频点，在低频段实现一个具有陡峭截止特性、以该负一阶谐振点为中心频点的第一个通带。精确设计互补开口谐振环缺陷地的边长，在复合左右手的右手通带引入第二个谐振点，实现以该谐振频点为中心的第二个通带，同时利用非平衡复合左右手的固有阻带，可增强两通带之间的隔离特性；另外，在第二个通带高频段入一个衰减极点，进一步加强第二通带高频段的带外抑制特性。利用传统谐振器耦合理论，最终实现一个低频段高截至、高频段高衰减，两通带间隔离小于-20dB的高选择性小型化双带滤波器。 

本发明的有益效果： 

1.采用基片集成波导技术设计滤波器，相对于传统矩形波导和传输线结构的滤波器，其具有损耗低、品质因数高，易于集成等优点。

2.本发明通过采用基片集成波导技术，结合复合左右手低频段的高截至特性和互补开口谐振环缺陷地的传输零点的特性，利用其双谐振点独立特性，可实现滤波器的小型化，以及改善滤波器的选择性，获得良好阻带抑制特性。 

3.两个谐振点分别由复合左右手与互补开口谐振环缺陷地尺寸独立控制，实现可以独立控制的双带滤波器。 

4.遵循传统的耦合理论设计滤波器可以满足不同的滤波器带宽、选择性等的设计要求。 

附图说明

图1是本发明提出的双带滤波器的结构图； 

图2a是本发明提出的双带滤波器的顶层结构图

图2b是本发明提出的双带滤波器的底层结构图

图3a是所述基片集成波导单元的顶层结构图

图3b是所述基片集成波导单元的底层结构图

图4是本发明提出的双带滤波器的频率响应曲线图。

具体实施方式：

下面结合实例及附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，基于基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器包含两端的微带馈电线5和中间两个基片集成波导单元3。

参见图2a和图2b，两端微带馈电线5包含一段输入、输出50Ω馈电线5a和一段锥形渐变微带线5b，用于实现滤波器的阻抗匹配。 

基片集成波导单元3包含顶层金属1、介质基板、底层金属地2和连接顶层金属和底层金属的金属通孔4。由于介质基板是承载顶层金属1和底层金属地2的基体，故图中没有标出。 

在顶层金属1中心位置刻蚀一个十手指的叉指缝隙3a-1，在底层金属地2中心位置刻蚀一个开口谐振环3b-2。 

复合左右手由顶层金属的叉指缝隙3a-1，中间层的两排金属通孔4和底层金属地2构成。叉指缝隙3a-1结构尺寸如下：每个叉指3a-1-1长度为5.4mm，宽度为0.2mm，缝隙3a-1-2宽度为0.2mm。复合左右手结构具有低频段高截至特性和一个只由叉指缝隙尺寸控制的谐振点。 

参见图3a 和图3b，互补开口谐振环缺陷地是在底层金属中心位置刻蚀了一个开口谐振环3b-2而形成。所述开口谐振环3b-2的缝隙3b-2-3宽度0.4mm，长度3.4mm，金属3b-2-1宽度为0.26mm，缝隙3b-2-2宽度为0.4mm，金属3b-2-4宽度为0.18mm。互补开口谐振环缺陷地结构具有一个传输零点和一个只由其尺寸控制的谐振点。 

所述两个基片集成波导单元的中心距离L1为6.8mm，用于提取满足设计要求的耦合系数。 

所述两端微带馈电线5与叉指缝隙(3a-1）的水平边缘的距离为T1为0.8mm，用于提取满足设计要求的外部品质因素。 

在本实施例中，介质基片采用Rogers 5880，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。 

如图4所示，为该本实例的频率响应曲线图。图中包括两大曲线︱S₂₁︱、︱S₁₁︱，曲线︱S₂₁︱是信号的传输特性曲线，曲线︱S₁₁︱是端口的反射特性曲线。由图可知，该滤波器低频段具有一个陡峭的截至频率，在高频段有一个传输零点衰减达到了35dB，可以有效提高带外抑制特性，且该滤波器具有双带通带响应，其中一个通带的中心频率是5GHz，通带内最小插损2.01dB,回波损耗大于20dB，其通带3dB带宽为3%；第二通带的中心频率为7.15GHz，通带内最小插入损耗为2.1dB，通带内回波损耗大于10dB，其通带3dB宽带为4.2%，两个通带之间从5.45GHz到6.45GHz传输特性衰减也达到了20dB。 

本发明并不局限于上述实施方式，如果对发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。 

  

Claims (8)

1.基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于：所述滤波器包含两端的微带馈电线（5）和中间两个基片集成波导单元（3）；

    所述基片集成波导单元（3）有三层结构：顶层金属（1）、中间层和底层金属地（2），其中中间层包含介质基板和基板两边各一排连接顶层金属和底层金属的金属通孔（4）；

    所述顶层金属（1）的中心位置刻蚀一个叉指缝隙（3a-1），底层金属地（2）的中心位置刻蚀一个互补开口谐振环（3b-2），形成互补开口谐振环缺陷地；

所述叉指缝隙（3a-1）、两排金属通孔（4）和底层金属地（2）构成复合左右手结构。

2.根据权利要求1所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于：所述微带馈电线（5）包含一段50Ω馈电线（5a）和一段锥形渐变微带线（5b），用于实现滤波器的阻抗匹配，锥形渐变微带线（5b）一端与输入、输出50Ω馈电线（5a）相连，另一端与基片集成波导单元（3）相连。

3.根据权利要求1或2所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于，所述两个基片集成波导单元（3）的中心距离L1可以改变两者之间的耦合系数。

4.根据权利要求1或2所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于，所述两个基片集成波导单元的中心距离L1为6.8mm，用于提取满足设计要求的耦合系数。

5.根据权利要求1或2所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于，所述复合左右手结构具有低频段高截至特性和一个只由叉指缝隙尺寸控制的谐振点，叉指缝隙（3a-1）结构尺寸如下：每个叉指（3a-1-1）长度为5.4mm，宽度为0.2mm，缝隙(3a-1-2)宽度为0.2mm。

6. 根据权利要求1或2所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于，所述互补开口谐振环缺陷地结构具有一个传输零点和一个只由其尺寸控制的谐振点，开口谐振环(3b-2)的缝隙(3b-2-3)宽度0.4mm，长度3.4mm，金属(3b-2-1)宽度为0.26mm，缝隙(3b-2-2)宽度为0.4mm，金属(3b-2-4)宽度为0.18mm。

7. 根据权利要求1或2所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于，所述微带馈电线(5)到叉指缝隙(3a-1)的水平边缘的距离T1为0.8mm，用于提取满足设计要求的外部品质因素。

8.根据权利要求1或2所述基片集成波导复合左右手和互补开口谐振环缺陷地的双带滤波器，其特征在于：所述介质基板为Rogers 5880。

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