[發(fā)明專利]基于方形高次模腔體的基片集成波導(dǎo)多模濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810019061.7
• 申請(qǐng)日: 2008-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101217209A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董元旦;洪偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/207
• 分類號(hào): H01P1/207;H01P1/20;H01P5/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于毫米波電路、軍用和民用通信系統(tǒng)等領(lǐng)域中的濾波器技術(shù)，該類濾波器采用基片集成波導(dǎo)(Substrate?Integrated?Waveguide?SIW)高次模方形腔體并結(jié)合了多模技術(shù)，特別適合于高頻，高性能并要與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平面集成的應(yīng)用場(chǎng)合。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的毫米波濾波器通常采用波導(dǎo)或微帶線結(jié)構(gòu)，但是它們各有一些難以克服的缺點(diǎn)。對(duì)于微帶或帶狀線之類的平面結(jié)構(gòu)濾波器，它們具有體積小，加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但存在功率容量低，損耗大，因結(jié)構(gòu)開(kāi)放而不便密封等缺點(diǎn)，因而只適用于低頻，功率小的電路系統(tǒng)。波導(dǎo)類濾波器功率容量高，損耗低，性能優(yōu)異，但是加工成本高，且不適合與現(xiàn)代平面電路集成。基片集成波導(dǎo)(SIW)在一定程度上綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在保持傳統(tǒng)波導(dǎo)濾波器高功率容量、低損耗優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還保留了一般平面?zhèn)鬏斁€濾波器易于集成、輕量化、易加工等優(yōu)點(diǎn)。基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的濾波器可以用普通的PCB工藝實(shí)現(xiàn)，加工成本低，制作周期短，其原理是以金屬化的周期性通孔替代金屬壁來(lái)實(shí)現(xiàn)的，金屬化通孔的一般加工極限是直徑0.3mm。這在Ka波段及Ka以下波段沒(méi)有什么問(wèn)題，但是當(dāng)頻率很高時(shí)，濾波器腔體尺寸將不斷減小，直至腔體尺寸和金屬化通孔的尺寸可比擬時(shí)，濾波器性能將直接受到金屬化通孔的影響，導(dǎo)致無(wú)法在高頻波段利用PCB工藝設(shè)計(jì)加工出可靠，性能穩(wěn)定的濾波器。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提出一種基于方形高次模腔體的基片集成波導(dǎo)多模濾波器，它很好的解決了在高頻階段SIW主模濾波器因腔體過(guò)小而性能受到金屬化通孔影響過(guò)大，導(dǎo)致無(wú)法設(shè)計(jì)加工的矛盾，同時(shí)利用多模技術(shù)，減少了腔體個(gè)數(shù)，提高了選擇性，它非常適合用于毫米波通信領(lǐng)域。此類多模濾波器使用單層PCB板實(shí)現(xiàn)，具有低插損、功率容量大、成本低、便于集成和批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一類基于SIW技術(shù)，高次模腔體理論以及多模特性的濾波器。采用了方形腔體，所用模式均高于腔體第二個(gè)模式，通過(guò)設(shè)置感性柱來(lái)調(diào)節(jié)模式間的匹配及其本征頻率，對(duì)于單個(gè)的腔體，采用正交的輸入輸出，以產(chǎn)生所需的傳輸零點(diǎn)。

濾波器的介質(zhì)基片上表面和下表面分別敷有上表面金屬和下表面金屬，金屬化通孔陣列貫穿于介質(zhì)基片、上表面金屬和下表面金屬；起調(diào)節(jié)不同模式的本征頻率以及模式間的耦合作用的第一感性柱和第二感性柱位于金屬化通孔陣列圍成的方形腔體內(nèi)部；方形腔體相鄰的兩條邊上分別設(shè)有第一金屬柱感性窗、第二金屬柱感性窗，腔體通過(guò)金屬柱感性窗實(shí)現(xiàn)能量的輸入和輸出耦合；第一金屬化通孔陣列和第二金屬化通孔陣列分別位于第一金屬柱感性窗、第二金屬柱感性窗，對(duì)應(yīng)于濾波器腔體的輸入和輸出，它們和外部電路相連接。通過(guò)調(diào)節(jié)第一金屬化通孔陣列和第二金屬化通孔陣列，可以利用波導(dǎo)截止頻率理論，將主模及其它低次模的影響抑制或減弱。構(gòu)成等效金屬壁的金屬化通孔的直徑vr＝0.4mm，相鄰?fù)组g的間隔為vs＝0.8mm。

各個(gè)方形腔體所用的模式均有所不同，其中第一個(gè)方形腔體雙模濾波器是采用了對(duì)邊TE₂₀₂模和準(zhǔn)TM₀₂₀模，其模式圖和傳輸特性見(jiàn)圖1(b)示。圖2中的雙模方形腔體利用了對(duì)角TE₂₀₂模和對(duì)邊TE₂₀₂模，它的一個(gè)特點(diǎn)是利用了是利用了感性金屬柱和進(jìn)行了模式和本征頻率調(diào)協(xié)。圖3展示了一個(gè)性能優(yōu)良的基片集成波導(dǎo)三模腔體濾波器，同理，感性金屬柱和起調(diào)節(jié)模式本征頻率的作用。模式之間的耦合以及輸入輸出之間的耦合產(chǎn)生了預(yù)期的傳輸零點(diǎn)，很好的改善了帶外選擇性。

有益效果：這類濾波器很好的解決了由于頻率過(guò)高導(dǎo)致腔體過(guò)小而無(wú)法用基片集成波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能濾波器的矛盾。用基片集成波導(dǎo)在Ka以上波段設(shè)計(jì)制作主模濾波器時(shí)，由于腔體過(guò)小，與金屬化通孔尺寸在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，設(shè)計(jì)所允許的容差將大大減小，加工也變得極其困難。通過(guò)采用高次模而增大腔體尺寸，使設(shè)計(jì)、制作都變得可實(shí)現(xiàn)，可接受容差也改善很多。

高次模腔體具有更高的無(wú)載Q值，特別是對(duì)于圓形和方形腔體，因此該類濾波器具有較小的插損。

雙模和三模濾波器的傳輸零點(diǎn)很好地改善了帶外衰減特性。由一個(gè)腔體所貢獻(xiàn)的多個(gè)極點(diǎn)使通帶更加平坦，由此避免了使用單個(gè)模式設(shè)計(jì)濾波器時(shí)不同腔體之間的級(jí)聯(lián)，由此減小了插損和濾波器體積。盡管此類濾波器工作于高次模式，通過(guò)結(jié)構(gòu)的折疊和腔體數(shù)目的減少，它們?nèi)燥@得非常緊湊。