CN109378561B - 双通带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双通带滤波器，该双通带滤波器包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔，所述四个QFQMSIW谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔以及第四谐振腔；所述第一谐振腔与所述第四谐振腔电耦合形成第一单通带滤波器；所述第二谐振腔与所述第三谐振腔电耦合形成第二单通带滤波器；所述第二单通带滤波器通过上层导体层的金属微带连接双通带滤波器的源与负载。本发明的双通带滤波器，利用四个QFQMSIW谐振腔进行水平组合，有效减小基片集成波导双通带滤波器的尺寸，提高基片集成波导滤波器的滤波性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种双通带滤波器。
背景技术
随着无线通信技术以及无线网络应用的不断发展，将移动通信与无线网络应用结合已成趋势。
要将移动通信与无线网络应用进行结合则需要应用微波双通带滤波器，该双通带滤波器可以通过基片通带波导结构来进行设计，但因其尺寸结构比较大，难以设计和应用。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种双通带滤波器，以有效减小基片集成波导双通带滤波器的尺寸，提高基片集成波导滤波器的滤波性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种双通带滤波器，包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔，所述四个QFQMSIW谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔以及第四谐振腔；
所述第一谐振腔与所述第四谐振腔电耦合形成第一单通带滤波器；
所述第二谐振腔与所述第三谐振腔电耦合形成第二单通带滤波器；
所述第二单通带滤波器通过上层导体层的金属微带连接双通带滤波器的源与负载。
在上述的双通带滤波器中，所述QFQMSIW谐振腔包括上层导体层、上层介质层、中间导体层、下层介质层、下层导体层，其中，所述中间导体层与所述上层导体层间设置所述上层介质层，所述中间导体层与所述下层导体层间设置所述下层介质层，所述中间导体层接收电能与所述上层导体层及所述下层导体层间产生电磁场。
在上述的双通带滤波器中，所述QFQMSIW谐振腔的外侧边设置有一维阵列均匀分布的多个圆形金属化通孔，用于限制所述QFQMSIW谐振腔向外辐射的电磁波。
在上述的双通带滤波器中，所述中间导体层包括外围区域及内部区域，所述外围区域设置有一维阵列均匀分布的多个所述圆形金属化通孔，所述内部区域与所述外围区域间设置有框形的缝隙结构，所述框形的缝隙结构用于产生切向电磁场，其中，所述内部区域与所述外围区域连接。
在上述的双通带滤波器中，所述第一单通带滤波器与所述第二单通带滤波器间设置有一维阵列均匀分布的多个圆形金属化通孔，用于对所述第一单通带滤波器与所述第二单通带滤波器进行电磁隔离。
在上述的双通带滤波器中，所述第二谐振腔及所述第三谐振腔之间设置有条形的缝隙结构，所述条形的缝隙结构垂直于所述第二谐振腔及所述第三谐振腔共有的侧边，用于使所述第二谐振腔与所述第三谐振腔形成电耦合。
在上述的双通带滤波器中，所述第一谐振腔的所述框形的缝隙结构与所述第四谐振腔的所述框形的缝隙结构的一框边缝隙重合，形成连通的缝隙结构，用于产生切向电磁场及使所述第一谐振腔与所述第四谐振腔电耦合。
在上述的双通带滤波器中，所述上层导体层包括第一金属微带与第二金属微带，所述第一金属微带通过探针结构使双通带滤波器的源与所述第二谐振腔电耦合，所述第二金属微带通过探针结构使双通带滤波器的负载与所述第三谐振腔电耦合，所述第一金属微带与所述第二金属微带设置在上层导体层的条形缝隙中。
在上述的双通带滤波器中，所述第一谐振腔、所述第二谐振腔、所述第三谐振腔与所述第四谐振腔为方形结构，所述第二谐振腔与所述第三谐振腔关于所述条形的缝隙结构对称组合，所述第一谐振腔与所述第四谐振腔关于所述条形的缝隙结构对称组合。
在上述的双通带滤波器中，所述第一谐振腔与所述第四谐振腔各设置有导电抽头结构，各连接于所述第一谐振腔与所述第四谐振腔的中间导体层，为双通带滤波器的源与负载，其中源用于接入外部馈电及信号，负载用于输出滤波处理后的信号。
本发明提供一种双通带滤波器，该双通带滤波器包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔，所述四个QFQMSIW谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔以及第四谐振腔；所述第一谐振腔与所述第四谐振腔电耦合形成第一单通带滤波器；所述第二谐振腔与所述第三谐振腔电耦合形成第二单通带滤波器；所述第二单通带滤波器通过上层导体层的金属微带连接双通带滤波器的源与负载。本发明的双通带滤波器，利用四个QFQMSIW谐振腔进行水平组合，有效减小基片集成波导双通带滤波器的尺寸，提高基片集成波导滤波器的滤波性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1是本发明实施例1提供的一种双通带滤波器的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的一种QFQMSIW谐振腔的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的一种QFQMSIW谐振腔的结构层次示意图；
图4是本发明实施例1提供的一种QFQMSIW谐振腔的中间导体层的结构参数示意图；
图5是本发明实施例2提供的一种双通带滤波器及上层导体层的结构示意图；
图6是本发明实施例3提供的一种双通带滤波器的上层导体层的结构参数示意图；
图7是本发明实施例3提供的一种双通带滤波器的中间层导体层的结构参数示意图；
图8是本发明实施例3提供的一种双通带滤波器的软件仿真的曲线图。
主要元件符号说明：
100-双通带滤波器；110-第一谐振腔；120-第二谐振腔；130-第三谐振腔；140-第四谐振腔；
200-QFQMSIW谐振腔；210-上层导体层；220-上层介质层；230-中间导体层；240-下层介质层；250-下层导体层；231-金属化通孔；232-缝隙结构；233-导电抽头；
500-双通带滤波器；510-第一谐振腔；520-第二谐振腔；530-第三谐振腔；540-第四谐振腔；550-上层导体层；551-第一金属微带；552-第二金属微带；553-探针结构；
600-双通带滤波器；610-第一谐振腔；620-第二谐振腔；630-第三谐振腔；640-第四谐振腔；650-上层导体层；651-第一金属微带；652-第二金属微带；653-探针结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
图1是本发明实施例1提供的一种双通带滤波器的结构示意图。
该双通带滤波器100包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔，所述四个QFQMSIW谐振腔分别为第一谐振腔110、第二谐振腔120、第三谐振腔130以及第四谐振腔140。
本发明实施例中，该QFQMSIW谐振腔(QFQMSIW，Quadruple Folded Quarter ModeSubstrate Integrated Waveguide)也即根据四分之一模基片集成波导结构设计的基片波导谐振单元，如图2所示，该QFQMSIW谐振腔200为方形的片状结构，其尺寸为11mm×11mm×1.016mm，其平面面积为原始SIW谐振腔(SIW，Substrate integrated waveguide，基片集成波导)的1/32，厚度为原始SIW谐振腔的2倍。其中，如图3所示，该QFQMSIW谐振腔200包括上层导体层210、上层介质层220、中间导体层230、下层介质层240、下层导体层250，图2中该中间导体层230还包括金属化通孔231、缝隙结构232以及导电抽头233。其中，QFQMSIW谐振腔200的外侧边设置有一维阵列均匀分布的多个圆形金属化通孔231，用于限制所述QFQMSIW谐振腔向外辐射的电磁波，例如，该金属化通孔231以L形排列在该QFQMSIW谐振腔200的中间导体层230其中两侧边内，另外两侧边各设置有一个导电抽头233。该中间导体层230包括外围区域及内部区域，所述外围区域设置有一维阵列均匀分布的多个所述圆形金属化通孔231，所述内部区域与所述外围区域间设置有框形的缝隙结构232，所述框形的缝隙结构232用于产生切向电磁场，其中，所述内部区域与所述外围区域连接。其中，所述中间导体层230与所述上层导体层210间设置所述上层介质层220，所述中间导体层230与所述下层导体层250间设置所述下层介质层240，所述中间导体层230接收电能与所述上层导体层210及所述下层导体层250间产生电磁场。
本发明实施例中，该QFQMSIW谐振腔200可以利用金属化通孔231以及缝隙结构232在上层基质层220以及下层介质层240实现波导的场传播模式，由于在缝隙结构232处电场强度较强，因此可以通过改变缝隙结构232影响QFQMSIW谐振腔200的性能，从而改变滤波器的频率，例如，可以改变缝隙结构232的长度，从而改变滤波器的通带频率。其中，该导电抽头233为QFQMSIW谐振腔200的馈电结构，用于与外部馈电电缆进行连接，为QFQMSIW谐振腔200供电。
在另一实施例中，该QFQMSIW谐振腔200的缝隙结构232的宽度为0.35mm，金属化通孔231的直径为0.8mm，各个金属化通孔231的孔心间距为1.2mm，其QFQMSIW谐振腔200中间导体层230中各结构的具体参数可以联系图4的中间导体层结构参考下表：
所述第一谐振腔110与所述第四谐振腔140电耦合形成第一单通带滤波器160。
本发明实施例中，如图1所示，双通带滤波器100的第一谐振腔110与该第四谐振腔140通过缝隙结构电耦合，使得第一谐振腔110的能量可以到达该第四谐振腔140，该第四谐振腔140的能量亦可到达第一谐振腔110。其中，所述第一谐振腔110的所述框形的缝隙结构与所述第四谐振腔140的所述框形的缝隙结构的一框边缝隙重合，形成连通的缝隙结构，用于产生切向电磁场及使所述第一谐振腔110与所述第四谐振腔140电耦合。
本发明实施例中，通过电耦合的第一谐振腔110与该第四谐振腔140形成电性通道，其具有滤波性能，为第一单通带滤波器160。其中，可以通过改变该第一单通带滤波器160上缝隙结构的参数，进而改变第一单通带滤波器160的频率，例如可以改变缝隙结构的长度等。
在另一发明实施例中，该第一单通带滤波器160上还设置有导电抽头结构，该第一谐振腔110与该第四谐振腔140各设置有导电抽头结构，为双通带滤波器的源与负载，其中源用于接入外部馈电及信号，负载用于输出滤波处理后的信号。其中，该源的导电抽头与负载的导电抽头其方向不固定，只要是输入信号用的导电抽头即为源的导电抽头。
所述第二谐振腔120与所述第三谐振腔130电耦合形成第二单通带滤波器150。
本发明实施例中，双通带滤波器100的第二谐振腔120与该第三谐振腔130通过电耦合，使得第二谐振腔120的能量可以到达第三谐振腔130，该第三谐振腔130的能量亦可到达第二谐振腔120。其中，该第二谐振腔120及所述第三谐振腔130内各设置有框形的缝隙结构，该框形的缝隙结构仅在第二谐振腔120内连通，及仅在第三谐振腔130内连通。且所述第二谐振腔120及所述第三谐振腔130之间设置有条形的缝隙结构，所述条形的缝隙结构垂直于所述第二谐振腔120及所述第三谐振腔130共有的侧边，用于使所述第二谐振腔120与所述第三谐振腔130形成电耦合。
本发明实施例中，通过电耦合的第二谐振腔120与该第三谐振腔130形成电性通道，其具有滤波性能，为第二单通带滤波器150。其中，可以通过改变该第二单通带滤波器150上缝隙结构的参数，进而改变第二单通带滤波器150的频率，例如可以改变缝隙结构的长度等。
所述第二单通带滤波器150通过上层导体层的金属微带连接双通带滤波器的源与负载。
本发明实施例中，该第二单通带滤波器150可以在上层导体层中设置异面耦合结构的金属微带连通双通带滤波器的源与负载，也即通过金属微带使得进入双通带滤波器的信号可以通过金属微带进入该第二单通带滤波器150，从而对信号进行滤波处理，并进行信号的输出。
本发明实施例中，所述第一单通带滤波器160与所述第二单通带滤波器150间设置有一维阵列均匀分布的多个圆形金属化通孔，用于对所述第一单通带滤波器160与所述第二单通带滤波器150进行电磁隔离。该第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔与第四谐振腔为方形结构，所述第二谐振腔与所述第三谐振腔关于上述条形的缝隙结构对称组合，所述第一谐振腔与所述第四谐振腔关于上述条形的缝隙结构对称组合。
实施例2
图5是本发明实施例2提供的一种双通带滤波器及上层导体层的结构示意图。
该双通带滤波器500包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔：第一谐振腔510、第二谐振腔520、第三谐振腔530以及第四谐振腔540。
所述第一谐振腔510与所述第四谐振腔540电耦合形成第一单通带滤波器。
所述第二谐振腔520与所述第三谐振腔电530耦合形成第二单通带滤波器。
所述第一单通带滤波器与所述第二单通带滤波器通过上层导体层550电耦合。
本发明实施例中，上述各个部件以及结构更加详细的说明可以参考前述实施例中相应部分的内容，在此不再赘述。
如图5所示，该上层导体层包括第一金属微带551与第二金属微带552，所述第一金属微带551通过探针结构553使双通带滤波器的源与所述第二谐振腔520电耦合，所述第二金属微带552通过探针结构553使双通带滤波器的负载与所述第三谐振腔530电耦合，所述第一金属微带551与所述第二金属微带552设置在上层导体层的条形缝隙中。
本发明实施例中，在第一谐振腔510、第二谐振腔520、第三谐振腔530以及第四谐振腔540的中间层导体层上设置有与探针结构553管径一致的小孔，通过该探针结构553接触第一谐振腔510、第二谐振腔520、第三谐振腔530以及第四谐振腔540，将第一谐振腔510与第二谐振腔520的能量过渡到上层导体层，并通过设置第一金属微带551的条形缝隙实现第一谐振腔510与第二谐振腔520的耦合，将第三谐振腔530与第四谐振腔540的能量过渡到上层导体层进行电耦合，并通过设置第二金属微带552的条形缝隙实现第三谐振腔530与第四谐振腔540的耦合，最终达到第一单通带滤波器与第二单通带滤波器的耦合，形成双通带滤波器500。
实施例3
图6是本发明实施例3提供的一种双通带滤波器的上层导体层的结构参数示意图。
图7是本发明实施例3提供的一种双通带滤波器的中间层导体层的结构参数示意图。
该双通带滤波器600包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔：第一谐振腔610、第二谐振腔620、第三谐振腔630以及第四谐振腔640。
所述第一谐振腔610与所述第四谐振腔640电耦合形成第一单通带滤波器。
所述第二谐振腔620与所述第三谐振腔电630耦合形成第二单通带滤波器。
所述第一单通带滤波器与所述第二单通带滤波器通过上层导体层650电耦合。
如图6所示，该上层导体层包括第一金属微带651与第二金属微带652，所述第一金属微带651通过探针结构653使双通带滤波器的源与所述第二谐振腔620电耦合，所述第二金属微带652通过探针结构653使所述第三谐振腔630与双通带滤波器的负载电耦合，所述第一金属微带651与所述第二金属微带652设置在上层导体层的条形缝隙中。
本发明实施例中，该双通带滤波器600包括上层导体层、上层介质层、中间导体层、下层介质层、下层导体层，其中，该上层介质层以及下层介质层为高度0.508mm的介质基板，例如可以为Rogers RT/duriod 5880介质基板。中间导体层的金属化通孔的孔径为0.8mm，通孔之间孔心间距为1.2mm，上层导体层金属微带的探针结构653的管径以及各谐振腔上的针孔直径为0.4mm。二谐振腔620与第三谐振腔电630之间的电容式耦合缝隙结构长4mm，宽0.4mm，中间导体层上其他缝隙宽度均为0.35mm。
本发明实施例中，该中间导体层以及上层导体层的详细结构参数可以结合参考图6、图7以及如下参数表：
| La | 14.6mm |
| Lb | 14.6mm |
| ml | 3mm |
| L1 | 4.1mm |
| L2 | 4.1mm |
| Lq | 4.1mm |
| Wa | 1.9mm |
| L3 | 3.75mm |
| L4 | 8.25mm |
| L5 | 4.875mm |
| Ls | 5.8mm |
| Ws | 1.1mm |
| s0 | 0.3mm |
| Lr | 3.6mm |
| T1 | 12.7mm |
| P1 | 1.4mm |
| T2 | 11.9mm |
| P2 | 0.6mm |
| Lp | 6mm |
| Lt | 1.8mm |
| Rt | 5.7mm |
本发明实施例中，如图8所示，根据上表参数构造的双通带滤波器，在通过AnssftHFSS软件仿真得到的滤波器仿真结果，其中S11为反射系数曲线，S21为传输曲线，双通带滤波器的两个通带分别工作于3.75GHz和4.85GHz，通带内插入损耗高于-0.4dB，两个通带内的最大回波损耗分别为-16.7dB和-20.2dB，滤波器基本达到了预期目标。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种双通带滤波器，其特征在于，包括四个水平组合的QFQMSIW谐振腔，所述四个QFQMSIW谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔以及第四谐振腔；
所述第一谐振腔与所述第四谐振腔电耦合形成第一单通带滤波器；
所述第二谐振腔与所述第三谐振腔电耦合形成第二单通带滤波器；
所述第二单通带滤波器通过上层导体层的金属微带连接双通带滤波器的源与负载；
所述QFQMSIW谐振腔包括上层导体层、上层介质层、中间导体层、下层介质层、下层导体层，其中，所述中间导体层与所述上层导体层间设置所述上层介质层，所述中间导体层与所述下层导体层间设置所述下层介质层，所述中间导体层接收电能与所述上层导体层及所述下层导体层间产生电磁场；
所述QFQMSIW谐振腔的外侧边设置有一维阵列均匀分布的多个圆形金属化通孔，用于限制所述QFQMSIW谐振腔向外辐射的电磁波；
所述中间导体层包括外围区域及内部区域，所述外围区域设置有一维阵列均匀分布的多个所述圆形金属化通孔，所述内部区域与所述外围区域间设置有框形的缝隙结构，所述框形的缝隙结构用于产生切向电磁场，其中，所述内部区域与所述外围区域连接；
所述上层导体层包括第一金属微带与第二金属微带，所述第一金属微带通过探针结构使双通带滤波器的源与所述第二谐振腔电耦合，所述第二金属微带通过探针结构使双通带滤波器的负载与所述第三谐振腔电耦合，所述第一金属微带与所述第二金属微带设置在上层导体层的条形缝隙中；
所述第一谐振腔与所述第四谐振腔各设置有导电抽头结构，各连接于所述第一谐振腔与所述第四谐振腔的中间导体层，为双通带滤波器的源与负载，其中源用于接入外部馈电及信号，负载用于输出滤波处理后的信号。
2.根据权利要求1所述的双通带滤波器，其特征在于，所述第一单通带滤波器与所述第二单通带滤波器间设置有一维阵列均匀分布的多个圆形金属化通孔，用于对所述第一单通带滤波器与所述第二单通带滤波器进行电磁隔离。
3.根据权利要求1所述的双通带滤波器，其特征在于，所述第二谐振腔及所述第三谐振腔之间设置有条形的缝隙结构，所述条形的缝隙结构垂直于所述第二谐振腔及所述第三谐振腔共有的侧边，用于使所述第二谐振腔与所述第三谐振腔形成电耦合。
4.根据权利要求1所述的双通带滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔的所述框形的缝隙结构与所述第四谐振腔的所述框形的缝隙结构的一框边缝隙重合，形成连通的缝隙结构，用于产生切向电磁场及使所述第一谐振腔与所述第四谐振腔电耦合。
5.根据权利要求3所述的双通带滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔、所述第二谐振腔、所述第三谐振腔与所述第四谐振腔为方形结构，所述第二谐振腔与所述第三谐振腔关于所述条形的缝隙结构对称组合，所述第一谐振腔与所述第四谐振腔关于所述条形的缝隙结构对称组合。
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