[發明專利]基片集成波導互補開口諧振環和帶狀線結構的雙帶濾波器

有效

• 申請號: 201610294890.0
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105720337B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 黃杰;李晶;魏治華;徐國慶;耿艷輝;趙倩
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H01P1/203
• 分類號: H01P1/203
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及微波毫米波濾波器，具體涉及基片集成波導互補開口諧振環和帶狀線結構的雙帶濾波器。

背景技術

隨著無線通信系統朝著高集成化、高密度方向的發展，濾波器集成化、小型化面臨新的機遇和挑戰。由于頻譜資源的有限性，單頻段通信系統已經不能滿足現代無線通信的發展需求，為了提高通信頻段的兼容性并且有效利用頻譜資源，雙帶濾波器得到了廣泛的關注。采用雙帶濾波器可以降低系統體積，提高系統可靠性并且能夠大大簡化系統的設計。

傳統的雙帶濾波器采用兩個或多個單頻帶濾波器以實現雙頻點，造成了系統的損耗和體積大，無法滿足現代無線通信的發展要求。基片集成波導的濾波器既具有傳統波導的損耗低、品質因數高、功率容量大等優點，同時也具有微帶的尺寸小、低剖面、易于集成等優點。目前基片集成波導的雙帶濾波器，通過刻蝕特定結構在諧振器通帶內產生傳輸零點，從而獲得雙諧振點的諧振器，再通過級聯的方式產生耦合形成雙帶濾波器，濾波器中心頻點可控且具有良好的選擇性和帶外抑制性。

發明內容

本發明的主要目的是采用基片集成波導技術，結合互補開口諧振環和折疊帶狀線，通過在頂層金屬層刻蝕開口諧振環可形成一個單諧振點諧振器，再通過在頂層金屬層刻蝕折疊帶狀線結構可產生一個傳輸零點。通過控制開口諧振環和折疊帶狀線結構的尺寸可控制傳輸零點位于開口諧振環通帶內部，進而從原本的單諧振點諧振器獲得雙諧振點的諧振器。通過級聯兩個相同的諧振器產生耦合形成雙帶濾波器，具有中心頻點可控且選擇性和帶外抑制性良好的特點。

本發明通過以下技術方案實現：

基片集成波導互補開口諧振環和帶狀線結構的雙帶濾波器，包括位于中心的兩個基片集成波導單元和兩端的微帶饋電線。

所述基片集成波導單元由三層結構組成：頂層金屬層、中間層、底層金屬地。

所述頂層金屬層刻蝕兩個關于中心位置對稱的諧振器結構,四段“幾”字形的折疊帶狀線結構和位于頂層金屬層左右兩端的微帶饋電線；所述微帶饋電線與兩個基片集成波導單元左右兩端相連接；所述諧振器結構包含四個尺寸相同的呈開口矩形的互補開口諧振環四個互補開口諧振環呈上下兩排均勻分布，上排的互補開口諧振環開口向上，下排的互補開口諧振環開口向下；所述折疊帶狀線蝕刻于諧振器結構內,每個諧振器結構包含兩段關于中垂線左右對稱的折疊帶狀線，左邊的折疊帶狀線整體呈逆時針旋轉90度的“幾”字型，與水平方向垂直的上豎邊同左上互補開口諧振環的右豎邊重合，與水平方向平行的上橫邊同左上互補開口諧振環的下橫邊重合，與水平方向垂直的中豎邊，分別連接左上互補開口諧振環下橫邊的左端和左下互補開口諧振環上橫邊的左端，與水平方向平行的下橫邊同左下互補開口諧振環的上橫邊重合，與水平方向垂直的下豎邊同左下互補開口諧振環的右豎邊重合。

所述中間層包含了介質基板和金屬通孔，所述兩排金屬通孔位于介質基板兩側各一排，用于連接頂層金屬層和底層金屬地。

所述位于頂層金屬層的兩個基片集成波導單元的間距L1影響兩者耦合系數，所述間距L1為2mm，用于滿足設計要求的耦合系數。

所述諧振器結構具有一個由折疊帶狀線尺寸控制的傳輸零點和只由開口諧振環尺寸控制的諧振點,具體尺寸如下：每個開口諧振環的長度L2為5mm，縫隙寬度W1為1mm，開口金屬寬度W2為1mm，折疊帶狀線折疊段長度L3為0.3mm，折疊段寬度W5為5mm，線寬W3為1mm，位于水平方向的兩個開口諧振環的間隙寬度W4為0.3mm。

所述微帶饋電線包含一段50Ω饋電線和一段錐形漸變微帶線，錐形漸變微帶線一端與頂層金屬層的基片集成波導單元相連接，另一端與輸入、輸出的50Ω饋電線相連接，用于實現阻抗匹配。

所述微帶饋電線的50Ω饋電線寬度為1.09mm，錐形漸變微帶線與頂層金屬層基片波導集成單元相連接邊緣寬度為6mm，用于滿足設計要求的外部品質因數。

所述金屬通孔的直徑d為0.7mm，相鄰兩個金屬通孔的圓心距s為0.9mm。

所述介質基板為Rogers4003，厚度為0.508mm。

本發明的有益效果：

1.本發明采用基片集成波導刻蝕開口諧振環和折疊帶狀線結構，利用了開口諧振環獨立的諧振點和折疊帶狀線可產生位于開口諧振環通帶內部的傳輸零點的特性形成雙頻點諧振器，再通過兩個相同結構的諧振器級聯產生耦合形成雙帶濾波器。

2.諧振點是通過互補開口諧振環自身尺寸決定，傳輸零點的位置是由折疊帶狀線結構自身尺寸決定，實現了諧振點、傳輸零點位置的精確控制。