基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及基片集成波導(dǎo)濾波器。本實用新型公開了一種基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，包括同一基片上的第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔，所述第一波導(dǎo)腔設(shè)置有共面波導(dǎo)輸入端，第二波導(dǎo)腔設(shè)置有共面波導(dǎo)輸出端，所述共面波導(dǎo)輸入端與第一金屬柱感性窗連接，所述共面波導(dǎo)輸出端與第二金屬柱感性窗連接，所述第一波導(dǎo)腔與所述第二波導(dǎo)腔相鄰，其相鄰邊上設(shè)置有第三金屬柱感性窗，所述共面波導(dǎo)輸入端和共面波導(dǎo)輸出端分別位于所述相鄰邊兩側(cè)。本實用新型的濾波器能產(chǎn)生兩個傳輸零點，具有良好的頻率選擇性；傳輸零點能夠位于通帶任一邊，具有靈活的頻率選擇性。
【專利說明】基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微波技術(shù)，特別涉及基片集成波導(dǎo)濾波器，具體涉及基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]濾波器是一種兩端口互易、雙端加載、無源器件，目前應(yīng)用較多的有微帶濾波器和波導(dǎo)濾波器兩種。微帶濾波器具有微帶結(jié)構(gòu)特點，是一種平面的電路結(jié)構(gòu)，適合于系統(tǒng)的混合集成，但由于它是一種半開放結(jié)構(gòu)，損耗較大，因而不適于工作在頻率較高的毫米波頻段，也不能構(gòu)成高Q值的部件。金屬波導(dǎo)波導(dǎo)腔濾波器是一大類應(yīng)用比較廣泛的濾波器，具有非常低的插入損耗、高的性能、大的功率容量等一系列優(yōu)點，比較適合用于微波毫米波頻段，但由于其自身體積較大以及難以實現(xiàn)平面集成，因此波導(dǎo)結(jié)構(gòu)很難廣泛地被應(yīng)用于高集成度的系統(tǒng)中。
[0003]基片集成波導(dǎo)(SIW)技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2和圖3所不，由上表面導(dǎo)電層1、介質(zhì)基片2、下表面導(dǎo)電層3和金屬化通孔10構(gòu)成。介質(zhì)基板2下表面的導(dǎo)電層3又稱為接地面。金屬化通孔10穿過上表面的導(dǎo)電層1、介質(zhì)基片2和接地面3，將介質(zhì)基片兩面的導(dǎo)電層連接起來，構(gòu)成厚度h與介質(zhì)基片相同的波導(dǎo)腔(忽略導(dǎo)電層厚度)，或稱為諧振腔。金屬化通孔10圍成的區(qū)域100的形狀決定了波導(dǎo)腔的形狀，其尺寸大小與波導(dǎo)腔工作頻率有關(guān)，微波主要在波導(dǎo)腔內(nèi)傳輸。如圖3所示，該諧振腔上表面由導(dǎo)電層I構(gòu)成，下表面由接地面3構(gòu)成，側(cè)壁則由密集排列的金屬化通孔10構(gòu)成。由于金屬化通孔10的間距a遠遠小于諧振腔的工作波長，可以看成是連續(xù)的金屬側(cè)壁。在密集排列的金屬化通孔陣列中去掉一些金屬化通孔，構(gòu)成所謂金屬柱感性窗，如圖1中導(dǎo)電層I上的金屬柱感性窗41和金屬柱感性窗42，相當于在波導(dǎo)腔側(cè)壁開了個窗口，如圖3中的窗口 40所示。位于波導(dǎo)腔邊沿的金屬柱感性窗可以連接共面波導(dǎo)輸入端13或共面波導(dǎo)輸出端14，位于兩個波導(dǎo)腔交界處的金屬柱感性窗，可以對兩個波導(dǎo)腔的信號產(chǎn)生耦合作用。為了調(diào)節(jié)輸入輸出信號強度及阻抗匹配，通常在共面波導(dǎo)輸入端13或共面波導(dǎo)輸出端14與波導(dǎo)腔連接處設(shè)置有槽線12。這種結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)，兼具微帶結(jié)構(gòu)和金屬波導(dǎo)的一些特點，因而由其構(gòu)成的濾波器具有高功率容量、高Q值、易于與其它平面電路集成等特點。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)基片集成波導(dǎo)濾波器的設(shè)計通常是通過多個獨立的單模諧振腔的級聯(lián)來得到，為了實現(xiàn)傳輸零點，又需要添加波導(dǎo)腔以實現(xiàn)交叉耦合，因而濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要得到好的頻率選擇性通常導(dǎo)致大的尺寸。
[0005]交叉耦合通常分為物理交叉耦合和模式交叉耦合。現(xiàn)有技術(shù)通常采用多個諧振腔的物理交叉耦合來實現(xiàn)傳輸零點，實現(xiàn)一個傳輸零點需要三個諧振腔，而要實現(xiàn)兩個傳輸零點則需要四個諧振腔，這樣的濾波器體積大、損耗高。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有技術(shù)基片集成波導(dǎo)濾波器體積大、損耗高的缺點，提供一種基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器。
[0007]本實用新型解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，包括同一基片上的第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔設(shè)置有共面波導(dǎo)輸入端，第二波導(dǎo)腔設(shè)置有共面波導(dǎo)輸出端，所述共面波導(dǎo)輸入端與第一金屬柱感性窗連接，所述共面波導(dǎo)輸出端與第二金屬柱感性窗連接，所述第一波導(dǎo)腔與所述第二波導(dǎo)腔相鄰，其相鄰邊上設(shè)置有第三金屬柱感性窗，所述共面波導(dǎo)輸入端和共面波導(dǎo)輸出端分別位于所述相鄰邊兩側(cè)。
[0008]本實用新型的濾波器，采用基片集成波導(dǎo)(SIW)技術(shù)，由兩個相鄰的波導(dǎo)腔構(gòu)成，兩個波導(dǎo)腔的相鄰邊及其兩側(cè)的對應(yīng)邊上設(shè)置有金屬柱感性窗。濾波器的中心頻率為te2(i1模的諧振頻率，將低階的TE1(I1模作為寄生諧振頻率，利用濾波器中低階的TE 1(11模來實現(xiàn)模式交叉耦合，兩個波導(dǎo)腔能實現(xiàn)兩個傳輸零點。
[0009]優(yōu)選的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔具有對稱結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔對稱軸重合。
[0011]推薦的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔為矩形波導(dǎo)腔。
[0012]推薦的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔具有相同長寬比。
[0013]優(yōu)選的，所述第一波導(dǎo)腔的長和寬與第二波導(dǎo)腔的長和寬不同。
[0014]特別的，所述長寬比為1。
[0015]特別的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔邊長不相同。
[0016]進一步的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔為以所述相鄰邊為弦的弓形。
[0017]進一步的，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔半徑不相同。
[0018]本實用新型的有益效果是，濾波器能產(chǎn)生兩個傳輸零點，具有良好的頻率選擇性；傳輸零點能夠位于通帶任一邊，具有靈活的頻率選擇性。本實用新型的濾波器具有較小的體積和較小的損耗，只使用了兩個波導(dǎo)腔，而傳統(tǒng)的濾波器要實現(xiàn)同樣的性能則需要四個波導(dǎo)腔。濾波器采用基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，制作簡單，成本低，輻射小，適合批量生產(chǎn)，且容易與有源平面電路集成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)基片集成波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0021]圖3是基片集成波導(dǎo)腔示意圖；
[0022]圖4是實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是是實施例1濾波器傳輸特性曲線示意圖；
[0024]圖6是實施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7是實施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，1為上表面導(dǎo)電層；2為介質(zhì)基片；3為下表面導(dǎo)電層(接地面);10為金屬化通孔；12為槽線；13為共面輸入端；14為共面輸出端；40為窗口 ；41為第一金屬柱感性窗；42為第二金屬柱感性窗；43為第三金屬柱感性窗；100為第一波導(dǎo)腔；200為第二波導(dǎo)腔。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖及實施例，詳細描述本實用新型的技術(shù)方案。
[0028]本實用新型的濾波器，中心頻率設(shè)定為1&(11模的諧振頻率，而將低階的TE 1(11模作為寄生諧振頻率。利用該濾波器中低階的TE1(I1模來實現(xiàn)模式交叉耦合，兩個波導(dǎo)腔級聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)兩個傳輸零點。
[0029]實施例1
[0030]本例基于模式稱合的基片集成波導(dǎo)濾波器，包括同一基片3上的第一波導(dǎo)腔100和第二波導(dǎo)腔200，第一波導(dǎo)腔100和第二波導(dǎo)腔200均為具有對稱結(jié)構(gòu)的矩形波導(dǎo)腔，兩個矩形波導(dǎo)腔具有不同的長和寬，PQ為兩個波導(dǎo)腔重合的對稱軸，如圖4所示。采用這種結(jié)構(gòu)波導(dǎo)腔，便于選擇濾波器的中心頻率為TE2tll模的諧振頻率，而將低階的TE 1(11模作為寄生諧振頻率。本例第一波導(dǎo)腔100設(shè)置有共面波導(dǎo)輸入端13，第二波導(dǎo)腔200設(shè)置有共面波導(dǎo)輸出端14,共面波導(dǎo)輸入端13與第一金屬柱感性窗41連接,共面波導(dǎo)輸出端14與第二金屬柱感性窗42連接。第一波導(dǎo)腔100與所述第二波導(dǎo)腔200相鄰，其相鄰邊上設(shè)置有第三金屬柱感性窗43，共面波導(dǎo)輸入端13和共面波導(dǎo)輸出端14分別位于兩個矩形波導(dǎo)腔與該相鄰邊相對的兩側(cè)。第三金屬柱感性窗43利用該濾波器中低階的TE1(I1模來實現(xiàn)模式交叉耦合，第一波導(dǎo)腔100和第二波導(dǎo)腔200能夠分別實現(xiàn)一個傳輸零點，兩個波導(dǎo)腔級聯(lián)的本例濾波器則能實現(xiàn)兩個傳輸零點。圖4中，共面波導(dǎo)輸入端13位于對稱軸PQ上方，共面波導(dǎo)輸出端14位于對稱軸PQ下方，通過調(diào)整共面波導(dǎo)輸入端13和共面波導(dǎo)輸出端14與對稱軸PQ的相對位置，可以調(diào)整傳輸零點的位置，使其位于濾波器通帶的任一邊，使設(shè)計的濾波器具有靈活的頻率選擇性。
[0031]本例中，基片2采用Rogers5880，介電常數(shù)為2.2，厚度h = 0.5mm，金屬化通孔10直徑d = 0.5mm,孔間距a = 1mm,第一波導(dǎo)腔的尺寸為16.4 X 12.2mm,第二波導(dǎo)腔的尺寸為17.7X10.5mm。濾波器仿真和實測的傳輸特性如圖5所示。從圖中可以看到，測試與仿真結(jié)果基本一致。實測回波損耗優(yōu)于_15dB，帶內(nèi)插入損耗約為2.9dB，該損耗是包含了加工誤差、測試接頭及共面輸入端和和輸出端的影響。在濾波器的上下阻帶，可以發(fā)現(xiàn)兩個明顯的傳輸零點，表明濾波器具有良好的頻率選擇性和帶外抑制性。
[0032]實施例2
[0033]如圖6所示，本例濾波器第一波導(dǎo)腔100和第二波導(dǎo)腔200長寬比=1，即兩個波導(dǎo)腔都是正方形波導(dǎo)腔，他們具有不同的邊長。本例其他結(jié)構(gòu)參見實施例1的描述。本例濾波器的特點是形狀規(guī)整，回波損耗低。
[0034]實施例3
[0035]本例濾波器中，第一波導(dǎo)腔100和第二波導(dǎo)腔200為兩個半徑不同的弓形波導(dǎo)腔，其相鄰邊為兩個弓形波導(dǎo)腔的公共邊，也是兩個弓形的弦，如圖7所示。本例兩個弓形波導(dǎo)腔都是由一段優(yōu)弧和弦構(gòu)成，能夠保證濾波器有足夠的腔體容積，降低回波損耗。
[0036]上述實施例并不能窮盡本實用新型的結(jié)構(gòu)形狀，其中波導(dǎo)腔的形狀除了上述描述的形狀外，也可以采用多邊形、正多邊形等形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述描述進行各種變型，都屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，包括同一基片上的第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔設(shè)置有共面波導(dǎo)輸入端，第二波導(dǎo)腔設(shè)置有共面波導(dǎo)輸出端，所述共面波導(dǎo)輸入端與第一金屬柱感性窗連接，所述共面波導(dǎo)輸出端與第二金屬柱感性窗連接，所述第一波導(dǎo)腔與所述第二波導(dǎo)腔相鄰，其相鄰邊上設(shè)置有第三金屬柱感性窗，所述共面波導(dǎo)輸入端和共面波導(dǎo)輸出端分別位于所述相鄰邊兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔具有對稱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔對稱軸重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔為矩形波導(dǎo)腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔具有相同長寬比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔的長和寬與第二波導(dǎo)腔的長和寬不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述長寬比為1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔邊長不相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔為以所述相鄰邊為弦的弓形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于模式耦合的基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，所述第一波導(dǎo)腔和第二波導(dǎo)腔半徑不相同。
【文檔編號】H01P1/208GK204167452SQ201420692803
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】李榮強, 歐陽瓊 申請人:成都信息工程學(xué)院