[發(fā)明專(zhuān)利]加載復(fù)合左右手的四分之一模襯底集成波導(dǎo)帶通濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610063069.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105789783B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃杰;魏治華;耿艷輝;徐國(guó)慶;李晶;趙倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01P1/203
• 分類(lèi)號(hào): H01P1/203
• 代理公司: 重慶華科專(zhuān)利事務(wù)所50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波毫米濾波器領(lǐng)域，具體涉及基片集成波導(dǎo)帶通濾波器。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展和日益成熟，作為其重要組成部分的濾波器也引起了各方面的廣泛關(guān)注和研究。濾波器的種類(lèi)和功能多種多樣，但由于受到電磁結(jié)構(gòu)和制造工藝的約束，相比于一般的濾波器，寬帶濾波器在近幾年卻少有報(bào)道，但現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中，例如各種雷達(dá)系統(tǒng)、高分辨率成像裝置等對(duì)寬帶濾波器都具有較高的需求。

傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的濾波器具有功率容量高，插損小等優(yōu)點(diǎn)，但其加工成本高，體積較大，且不適合與現(xiàn)代平面電路集成。隨之提出的基片集成波導(dǎo)濾波器不僅繼承了波導(dǎo)的損耗低、品質(zhì)因數(shù)高、功率容量大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也引入了尺寸小、易于與其他平面電路集成等優(yōu)點(diǎn)，但由于其耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)的限制，傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)在制作寬帶濾波器方面仍具有一定困難，且想要獲得較低頻段的特性仍然需要面對(duì)尺寸較大的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種加載復(fù)合左右手的四分之一模襯底集成波導(dǎo)帶通濾波器，目的是采用四分之一模基片集成波導(dǎo)技術(shù)，利用其體積比等效傳統(tǒng)基片集成波導(dǎo)大大減小的特點(diǎn)，在尺寸不變的基礎(chǔ)上再引入復(fù)合左右手進(jìn)一步降低頻點(diǎn)、增強(qiáng)選擇性，結(jié)合四分之一模基片集成波導(dǎo)耦合系數(shù)大且品質(zhì)因數(shù)比傳統(tǒng)基片集成波導(dǎo)低的特性，再利用四分之一基片集成波導(dǎo)單元兩側(cè)靈活的開(kāi)放結(jié)構(gòu)，通過(guò)級(jí)聯(lián)耦合的方式，加強(qiáng)對(duì)諧波的抑制效果，獲得一個(gè)較好選擇性和較好阻帶抑制性的小型化寬帶帶通濾波器。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種加載復(fù)合左右手的四分之一模襯底集成波導(dǎo)帶通濾波器，所述濾波器包含兩段微帶饋電線和四個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元。

所述帶通濾波器包括頂層金屬、中間介質(zhì)基板和底層金屬地三層結(jié)構(gòu)，四個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元分布在以帶通濾波器的頂層金屬平面中心為原點(diǎn)的四個(gè)象限上；所述中間介質(zhì)基板在橫軸和縱軸方向以對(duì)應(yīng)所述原點(diǎn)位置起點(diǎn)各有一排金屬通孔，連接頂層金屬和底層金屬地。

第一和第二象限的兩個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元之間通過(guò)縱軸上長(zhǎng)度為W1的開(kāi)口縫隙實(shí)現(xiàn)耦合，第二和第三象限的兩個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元之間通過(guò)橫軸上長(zhǎng)度為W2的開(kāi)口縫隙實(shí)現(xiàn)耦合，第三和第四象限的兩個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元之間通過(guò)縱軸上長(zhǎng)度為W3開(kāi)口縫隙實(shí)現(xiàn)耦合。所述開(kāi)口縫隙為金屬過(guò)孔到邊界的距離。

每個(gè)單元的頂層金屬層上都蝕刻有叉指縫隙結(jié)構(gòu)，第一象限上的叉指縫隙結(jié)構(gòu)是相對(duì)于橫軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°布置，相鄰單元的叉指縫隙結(jié)構(gòu)相互對(duì)稱(chēng)，每個(gè)叉指縫隙結(jié)構(gòu)與中間介質(zhì)基板上相鄰的兩排金屬通孔和底層金屬地共同構(gòu)成加載復(fù)合左右手結(jié)構(gòu)的四分之一模基片集成波導(dǎo)單元，其單元結(jié)構(gòu)在低頻段具有與尺寸相關(guān)的負(fù)階諧振點(diǎn)。

所述微帶饋電線分別與位于第一象限和第四象限的四分之一模基片集成波導(dǎo)單元的頂層金屬層連接。

本發(fā)明的帶通濾波器的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于解決兩個(gè)相鄰四分之一模基片集成波導(dǎo)單元之間的耦合問(wèn)題，因此需要精確設(shè)計(jì)相鄰兩個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元之間的開(kāi)口縫隙寬度，精確設(shè)計(jì)復(fù)合左右手叉指縫隙的長(zhǎng)度，在有限的空間中得到復(fù)合左右手結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元更低的諧振頻點(diǎn)。同時(shí)還需要精確設(shè)計(jì)叉指縫隙在四分之一模基片集成波導(dǎo)單元頂層金屬的蝕刻位置，轉(zhuǎn)動(dòng)角度以滿(mǎn)足叉指縫隙結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波在基板中傳遞方向的要求。另外，還需精確設(shè)計(jì)50Ω饋電線的錐形過(guò)渡結(jié)構(gòu)參數(shù)以滿(mǎn)足四個(gè)四分之一模基片集成波導(dǎo)單元之間耦合所需要的外部品質(zhì)因數(shù)。

本發(fā)明利用四分之一模基片集成波導(dǎo)相較于傳統(tǒng)基片集成波導(dǎo)更高的耦合系數(shù)以及更低的品質(zhì)因數(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)諧振器耦合理論，通過(guò)恰當(dāng)?shù)鸟詈希梢宰罱K實(shí)現(xiàn)一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的相對(duì)帶寬達(dá)到22％的高選擇性和較好阻帶抑制性的小型化寬帶濾波器。

本發(fā)明的有益效果具體如下：

1.采用四分之一模基片集成波導(dǎo)技術(shù)設(shè)計(jì)濾波器，相較于傳統(tǒng)基片集成波導(dǎo)濾波器，其耦合系數(shù)更大，外部品質(zhì)因數(shù)更低，更易于實(shí)現(xiàn)寬帶濾波器。

2.采用四分之一模基片集成波導(dǎo)設(shè)計(jì)濾波器，在繼承傳統(tǒng)基片集成波導(dǎo)優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，其體積減小了75％，再引入叉指縫隙形成復(fù)合左右手結(jié)構(gòu)進(jìn)一步降低諧振頻點(diǎn)，大大減小了濾波器的體積。

3.諧振頻點(diǎn)與叉指縫隙的結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)叉指縫隙的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振頻點(diǎn)的精確控制，具有較高的選擇性。

4.遵循傳統(tǒng)的耦合器理論設(shè)計(jì)濾波器可以滿(mǎn)足不同的帶寬、選擇性等設(shè)計(jì)要求。

5.通過(guò)級(jí)聯(lián)耦合的方式，加強(qiáng)了對(duì)諧波的抑制效果，具有較好的阻帶抑制性能。

附圖說(shuō)明