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CN111613861A - 具有宽阻带抑制的双模siw滤波器 - Google Patents

具有宽阻带抑制的双模siw滤波器 Download PDF

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CN111613861A
CN111613861A CN202010431101.XA CN202010431101A CN111613861A CN 111613861 A CN111613861 A CN 111613861A CN 202010431101 A CN202010431101 A CN 202010431101A CN 111613861 A CN111613861 A CN 111613861A
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郭瑜
汪洋
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Jiangnan University
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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
    • H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators

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Abstract

本发明公开了一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器。本发明一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，包括：介质基板，所述介质基板的上表面设有顶层金属层，所述介质基板的下表面设有底层金属层；金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列贯穿顶层金属层、介质基板、底层金属层，其中，所述顶层金属层、底层金属层、金属化通孔阵列和介质基板共同围成所述SIW谐振腔；槽线过渡结构，所述槽线过渡结构设置在顶层金属层上。本发明的有益效果：将单个双模SIW谐振腔作为基本的谐振单元，可以有效地减小电路面积，同时可以减小通带插入损耗。

Description

具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展，频率资源日益紧张，微波系统间的干扰也日益严重，因此对微波滤波器的带外抑制特性提出了更高的要求。滤波器是无线通信系统的重要器件，如何开发出低成本、高性能的微波毫米波滤波器一直是无源器件研究的一个重要的方向。多模技术是微波毫米波滤波器小型化的重要实现途径之一，不仅可以有效降低滤波器的损耗，而且还可以利用多模耦合实现有限频率的传输零点，显著提升滤波器的带外抑制性能。
近年来，随着SIW技术的发展，基于SIW技术的多模滤波器成为了研究的热点。双模SIW滤波器因其结构紧凑、设计简单，从而受到了广泛关注。但是传统的双模SIW滤波器只能实现单一的传输零点，并且存在的寄生谐振模式会恶化滤波器的带外抑制，因此其带外抑制性能较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，本发明将介绍一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，相比现有的双模SIW滤波器，该滤波器可以实现四个传输零点，因此具有优异的带外抑制特性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，包括：
介质基板，所述介质基板的上表面设有顶层金属层，所述介质基板的下表面设有底层金属层；
金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列贯穿顶层金属层、介质基板、底层金属层，其中，所述顶层金属层、底层金属层、金属化通孔阵列和介质基板共同围成所述SIW谐振腔；
槽线过渡结构，所述槽线过渡结构设置在顶层金属层上；
输入输出耦合窗口，所述输入输出耦合窗口包括输入耦合窗口和输出耦合窗口，所述输入输出耦合窗口设置在介质基板上，所述输入输出耦合窗口设置在槽线过渡结构的正下方；
输入输出馈线，所述输入输出馈线设置在顶层金属层上，并且所述输入输出馈线通过槽线过渡结构与所述SIW谐振腔相连接。
在其中一个实施例中，所述SIW谐振腔为矩形。
在其中一个实施例中，所述SIW谐振腔为正方形。
在其中一个实施例中，所述的一对微扰金属化过孔形状大小相同且对称设置。
在其中一个实施例中，所述输入输出馈线、所述输入输出耦合窗口和所述槽线过渡结构位于同一条直线上。
在其中一个实施例中，所述缺陷地(DGS)结构尺寸相同且对称设置。
在其中一个实施例中，所述缺陷地(DGS)结构包括两单元开口环型缺陷地 (DGS)结构。
在其中一个实施例中，所述输入输出馈线与所述SIW谐振腔的中轴线设有一定的偏移距离。
在其中一个实施例中，所述输入输出馈线包括输入馈线和输出馈线。
在其中一个实施例中，所述输入馈线和所述输出馈线位于同一条直线上。
本发明的有益效果：
1、将单个双模SIW谐振腔作为基本的谐振单元，可以有效地减小电路面积，同时可以减小通带插入损耗。除此之外，将SIW谐振腔的高次简并模式TE201和 TE102用于滤波器通带的设计，利用TE201和TE102模式的交叉耦合，可以在通带的左侧实现一个传输零点。
2、本发明除了采用输入输出馈线偏移SIW谐振腔中轴线的微扰方式，还在靠近输入输出耦合窗口的位置上引入了一对微扰金属化过孔，其作用一方面是作为微扰调节谐振模式的频率，另一方面可以调节输入输出端口与谐振模式之间的耦合。利用这两种微扰方式，可以将SIW谐振腔的高次模式TE202作为非谐振节点，提供源负载之间额外耦合路径，从而可以引入一个位于通带右侧的传输零点，显著提升了上阻带的带外抑制。
3、本发明将缺陷地(DGS)结构刻蚀在滤波器输入输出馈线正下方的底层金属层上，利用DGS结构的带阻特性抑制高次谐振模式，有效地拓宽了阻带范围。由于该DGS结构加载在输入输出馈线下方的底层金属层上，因此不会影响 SIW谐振腔的Q值。
附图说明
图1是本发明实施例中具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器的三维结构图。
图2是本发明实施例中具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器的顶层金属层俯视图。
图3是本发明实施例中具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器的底层金属层俯视图。
图4是本发明实施例中具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器的传输系数S21 与两种微扰结构尺寸T和S的对应关系曲线。
图5是本发明实施例中具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器传输系数和反射系数的实验图。
标记说明：1、顶层金属层；2、底层金属层；3、介质基板；4、金属化通孔阵列；5、一对微扰金属化过孔；6、槽线过渡结构；7、输入输出馈线；8、缺陷地(DGS)结构；9、输入输出耦合窗口。
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说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-5所示，为本发明实施例中的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，该滤波器包括：
介质基板3，所述介质基板的上表面设有顶层金属层1，所述介质基板的下表面设有底层金属层2；
金属化通孔阵列4，所述金属化通孔阵列贯穿顶层金属层1、介质基板3、底层金属层2，顶层金属层1、底层金属层2、金属化通孔阵列4和介质基板3 共同围成SIW谐振腔；
槽线过渡结构6，所述槽线过渡结构6设置在顶层金属层1上；
输入输出耦合窗口9，所述输入输出耦合窗口包括输入耦合窗口和输出耦合窗口，所述输入输出耦合窗口设置在介质基板上，所述输入输出耦合窗口9 设置在槽线过渡结构6的正下方；
输入输出馈线7，所述输入输出馈线包括输入馈线和输出馈线，所述输入输出馈线7设置在顶层金属层1上，输入馈线和输出馈线位于同一条直线上，并且所述输入输出馈线通过槽线过渡结构6与SIW谐振腔相连接。更优选地，输入馈线和输出馈线可以都采用为50欧姆的微带传输线；
一对微扰金属化过孔5，所述微扰金属化过孔设置在介质基板上，所述微扰金属化过孔5设置在靠近输入输出耦合窗口9的位置上；
缺陷地(Defected Ground Structure,DGS)结构8，所述缺陷地结构8 设置在底层金属层1上，所述缺陷地结构8设置在输入输出馈线7正下方。
在某些实施例中，所述金属化通孔阵列尺寸相同，并且相邻金属通孔之间的间距相同；所述槽线过渡结构尺寸相同且对称设置；
该滤波器采用了传统的输入输出馈线7偏移SIW谐振腔中轴线AA’的微扰方式，从而激励出SIW谐振腔中TE102和TE201两种简并模。由于TE102和TE201模式的交叉耦合，从而在滤波器通带的左侧引入一个传输零点TZ1。更优选地，SIW 谐振腔为正方形。
一对微扰金属化过孔5作为额外的微扰结构，用来调节谐振模式频率的大小以及滤波器端口与各谐振模式之间的耦合强度，从而可以将高次谐振模式 TE202作为非谐振节点，引入源和负载之间的额外耦合路径，利用TE102模式和TE202模式之间的交叉耦合，进而可以在滤波器通带的右侧引入一个传输零点TZ2。
在本实施例中，由于缺陷地(DGS)结构8具有带阻特性，可以用于抑制双模SIW滤波器的高次谐振模式的传输，进而有效拓宽阻带范围。更优选地，缺陷地结构可以只是一侧设置，也可以对称设置；缺陷地结构采用两单元的开口环型DGS结构，也可以采用单单元的开口环型DGS结构。
在本实施例中，滤波器的带宽以及传输零点TZ1和TZ2的位置，可以通过调节两种微扰结构的位置进行控制，如图4所示。从图4(a)中可以看出，随着T 的增大，传输零点TZ1和TZ2往低频方向移动，滤波器带宽也随之减小。从图4(b) 中可以看出，随着S的增大，传输零点TZ1往低频方向移动，TZ2往低高频方向移动，滤波器带宽也随之增大。因此，本实施例可以较为灵活地调节传输零点的位置以及带宽的大小。
如图5所示，为本发明实施例中具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器传输系数和反射系数的实验图。该滤波器的中心频率为29.38GHz，3dB带宽为1.586 GHz。在通带范围内，滤波器最大插入损耗为0.77dB，回波损耗要优于25dB，四个传输零点分别位于27.5GHz、32GHz、36.8GHz、38.5GHz，其中位于36.8 GHz和38.5GHz的传输零点是由DGS单元引入的。此外，该滤波器可实现较宽的阻带范围，在31.45GHz到39.22GHz的频率范围内实现了20dB的带外抑制。
本发明的有益效果：
1、将单个双模SIW谐振腔作为基本的谐振单元，可以有效地减小电路面积，同时可以实现较低的通带插入损耗。除此之外，将SIW谐振腔的高次简并模式 TE201和TE102用于滤波器通带的设计，利用TE201和TE102模式的交叉耦合，可以在通带的左侧实现一个传输零点。
2、本发明除了采用输入输出馈线偏移SIW谐振腔中轴线的微扰方式，还在靠近输入输出耦合窗口的位置上引入了一对微扰通孔，其作用一方面是作为微扰调节谐振模式的频率，另一方面可以调节输入输出端口与谐振模式之间的耦合。利用这两种微扰方式，可以将SIW谐振腔的高次模式TE202作为非谐振节点，提供源负载之间额外耦合路径，从而可以引入一个位于通带右侧的传输零点，显著提升了上阻带的带外抑制。
3、本发明将缺陷地(DGS)结构刻蚀在滤波器输入输出馈线正下方的底层金属层上，利用DGS结构的带阻特性抑制高次谐振模式，有效地拓宽了阻带范围。由于该DGS结构加载在输入输出馈线下方的底层金属层上，因此不会影响 SIW谐振腔的Q值。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，包括：
介质基板，所述介质基板的上表面设有顶层金属层，所述介质基板的下表面设有底层金属层；
金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列贯穿顶层金属层、介质基板、底层金属层，其中，所述顶层金属层、底层金属层、金属化通孔阵列和介质基板共同围成所述SIW谐振腔；
槽线过渡结构，所述槽线过渡结构设置在顶层金属层上；
输入输出耦合窗口，所述输入输出耦合窗口包括输入耦合窗口和输出耦合窗口，所述输入输出耦合窗口设置在介质基板上，所述输入输出耦合窗口设置在槽线过渡结构的正下方；
输入输出馈线，所述输入输出馈线设置在顶层金属层上，并且所述输入输出馈线通过槽线过渡结构与所述SIW谐振腔相连接。
2.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述SIW谐振腔为矩形。
3.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述SIW谐振腔为正方形。
4.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述的一对微扰金属化过孔形状大小相同且对称设置。
5.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述输入输出馈线、所述输入输出耦合窗口和所述槽线过渡结构位于同一条直线上。
6.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述缺陷地(DGS)结构尺寸相同且对称设置。
7.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述缺陷地(DGS)结构包括两单元开口环型缺陷地(DGS)结构。
8.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，，所述输入输出馈线与所述SIW谐振腔的中轴线设有一定的偏移距离。
9.如权利要求1所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述输入输出馈线包括输入馈线和输出馈线。
10.如权利要求9所述的具有宽阻带抑制的双模SIW滤波器，其特征在于，所述输入馈线和所述输出馈线位于同一条直线上。
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