CN103904391A

CN103904391A - 多层混合模六边形基片集成波导滤波器

Info

Publication number: CN103904391A
Application number: CN201410136134.6A
Authority: CN
Inventors: 徐自强; 张根; 郭俊宇; 夏红; 程革胜; 杨邦朝
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CN103904391B

Abstract

本发明公开了一种带外选择性较高且体积小、损耗低的多层混合模六边形基片集成波导滤波器。该滤波器的共面波导输入端与共面波导输出端之间存在夹角，并通过设置在第一金属层上的六边形耦合槽组合结构的加载效应，既可以有效激励腔体中谐振的二次模，以及左倾和右倾两个非谐振高次模，又可以激发滤波器源和负载之间的电磁耦合，有效增加信号传输路径，从而在原有一个传输零点的基础上额外获得两个传输零点，通过设置在第二金属层上的两个对称分布的V形耦合槽可以实现第一谐振腔与第二谐振腔之间的耦合，再产生第四个传输零点，进一步展宽了阻带宽度并提高阻带衰减量，同时该滤波器损耗较低、体积较小。适合在微波毫米波技术领域推广应用。

Description

多层混合模六边形基片集成波导滤波器

技术领域

本发明涉及微波毫米波技术领域，具体涉及一种多层混合模六边形基片集成波导滤波器。

背景技术

滤波器是通信系统中最常用的元器件之一，其性能的优劣直接影响到电路系统的质量。传统的滤波器一般分为金属波导滤波器和平面微带或带线结构滤波器。传统的金属波导滤波器具有损耗低、Q值高、选择性好等优点，但存在体积大、加工复杂以及与平面电路难以集成的缺点。微带或带线滤波器虽易于与平面电路集成，但其损耗大、Q值低，特别是在高频频段，存在较大辐射，从而影响电路稳定性。

基于基片集成波导技术的滤波器在保留了金属波导滤波器Q值高、选择性好的特点的同时，还兼具了平面微带及带线滤波器的易于集成、成本低、加工方便的优势，在近年来受到了广泛的关注。随着频谱资源的日益匮乏，对滤波器的传输零点及选择性要求更高，而在传统的基片集成波导滤波器的设计中，N阶谐振腔获得的传输零点一般只能获得N-2个，如需更多的传输零点，只能通过增加谐振腔个数的方式来实现，但基片集成波导谐振腔单元所占的面积依然相对较大，如果谐振腔个数增多，滤波器在电路中将会占用较多的面积，非常不利于满足现代通信系统对滤波器的体积、选择性和集成度方面提出的苛刻要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带外选择性较高且体积小、损耗低的多层混合模六边形基片集成波导滤波器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该多层混合模六边形基片集成波导滤波器，包括从上到下依次层叠设置的第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板、第三金属层，所述第一金属层上设置有共面波导输入端、共面波导输出端，所述共面波导输入端与共面波导输出端之间存在夹角，所述第一介质基板上设置有贯穿第一介质基板的上金属化通孔阵列，所述上金属化通孔阵列与第一金属层、第二金属层共同围成六边形的第一谐振腔，所述第二介质基板上设置有贯穿第二介质基板的下金属化通孔阵列，所述下金属化通孔阵列与第二金属层、第三金属层共同围成六边形的第二谐振腔，所述第二谐振腔位于第一谐振腔的正下方，所述第一金属层上设置有六边形耦合槽组合结构，所述六边形耦合槽组合结构位于第一谐振腔的内，所述六边形耦合槽组合结构包括一个依次贯穿第一金属层、第一介质基板的金属化耦合通孔、设置在第一金属层上的一个六边形耦合槽和两个弯折形槽，所述金属化耦合通孔位于六边形耦合槽的围成的空间内，所述六边形耦合槽位于两个弯折形槽围成的空间内；所述第二金属层上设置有两个对称分布的V形耦合槽，所述两个V形耦合槽位于第二谐振腔内并且围绕第二谐振腔的中心对称设置。

进一步的是，所述共面波导输入端与共面波导输出端之间的夹角为115～125°。

进一步的是，所述金第一金属层、第二金属层、第三金属层采用金或银制作而成。

进一步的是，所述第一介质基板、第二介质基板采用介电常数在1-20范围内的微波介质陶瓷制作而成。

本发明的有益效果：本发明所述多层混合模六边形基片集成波导滤波器的共面波导输入端与共面波导输出端之间存在夹角，并通过设置在第一金属层上的六边形耦合槽组合结构的加载效应，既可以有效激励谐振腔腔体中谐振的二次模，以及左倾和右倾两个非谐振高次模，又可以激发滤波器源和负载之间的电磁耦合，有效增加信号传输路径，从而在原有一个传输零点的基础上额外获得两个传输零点，由于第二谐振腔位于第一谐振腔的正下方，通过设置在第二金属层上的两个对称分布的V形耦合槽可以实现第一谐振腔与第二谐振腔之间的耦合，再产生第四个传输零点，进一步展宽了阻带宽度并提高阻带衰减量，而且本发明所述的谐振腔垂直分布的布局特点，无需占用更多的电路面积，使得多层混合模六边形基片集成波导滤波器的体积较小，同时也可以根据需求垂直级联更多的谐振腔，另外，只使用了两个谐振腔就能实现四个极点和传输零点，而传统的交叉耦合腔体滤波器实现相似的性能需要六个腔体，因此本发明所述的多层混合模六边形基片集成波导滤波器损耗较低，再者，通过控制共面波导输入端、共面波导输出端和六边形耦合槽结构的位置和角度，可以灵活调整四个零点的位置，满足实际应用的需求。

附图说明

图1是本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器的三维结构示意图；

图2本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器的耦合拓扑图，其中R1和R2代表第一谐振腔的两个谐振二次模，R3和R4代表第二谐振腔的两个谐振二次模，R5和R6代表第一谐振腔中的左倾和右倾两个非谐振高次模；

图3本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器的左倾非谐振高次模式的电场分布图；

图4本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器的右倾非谐振高次模式的电场分布图；

图5本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器与传统的双模基片集成波导滤波器的传输特性对比图；

图中标记说明：第一金属层1、第一介质基板2、第二金属层3、第二介质基板4、第三金属层5、上金属化通孔阵列61、下金属化通孔阵列62、共面波导输入端7、共面波导输出端8、六边形耦合槽组合结构9、金属化耦合通孔91、六边形耦合槽92、弯折形槽93、V形耦合槽10；第一谐振腔11、第二谐振腔12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，该多层混合模六边形基片集成波导滤波器，包括从上到下依次层叠设置的第一金属层1、第一介质基板2、第二金属层3、第二介质基板4、第三金属层5，所述第一金属层1上设置有共面波导输入端7、共面波导输出端8，所述共面波导输入端7与共面波导输出端8之间存在夹角，所述第一介质基板2上设置有贯穿第一介质基板2的上金属化通孔阵列61，所述上金属化通孔阵列61与第一金属层1、第二金属层3共同围成六边形的第一谐振腔11，所述第二介质基板4上设置有贯穿第二介质基板4的下金属化通孔阵列62，所述下金属化通孔阵列62与第二金属层3、第三金属层5共同围成六边形的第二谐振腔12，所述第二谐振腔12位于第一谐振腔11的正下方，所述第一金属层1上设置有六边形耦合槽组合结构9，所述六边形耦合槽组合结构9位于第一谐振腔11的内，所述六边形耦合槽组合结构9包括一个依次贯穿第一金属层1、第一介质基板2的金属化耦合通孔91、设置在第一金属层1上的一个六边形耦合槽92和两个弯折形槽93，所述金属化耦合通孔91位于六边形耦合槽92的围成的空间内，所述六边形耦合槽92位于两个弯折形槽93围成的空间内；所述第二金属层3上设置有两个对称分布的V形耦合槽10，所述两个V形耦合槽10位于第二谐振腔12内并且围绕第二谐振腔12的中心对称设置。所述两个弯折形槽93围成一个不连续的六边形槽，所述两个弯折形槽93的端头不连通，所述两个V形耦合槽10的V形开口相对设置。本发明所述多层混合模六边形基片集成波导滤波器的共面波导输入端7与共面波导输出端8之间存在夹角，并通过设置在第一金属层1上的六边形耦合槽组合结构9的加载效应，既可以有效激励谐振腔腔体中谐振的二次模，以及左倾和右倾两个非谐振高次模，又可以激发滤波器源和负载之间的电磁耦合，有效增加多条信号传输路径，如图3、4所示，从而在原有一个传输零点的基础上额外获得两个传输零点，由于第二谐振腔12位于第一谐振腔11的正下方，通过设置在第二金属层3上的两个对称分布的V形耦合槽10可以实现第一谐振腔11与第二谐振腔12之间的耦合，再产生第四个传输零点，进一步展宽了阻带宽度并提高阻带衰减量，而且本发明所述的谐振腔垂直分布的布局特点，无需占用更多的电路面积，使得多层混合模六边形基片集成波导滤波器的体积较小，同时也可以根据需求垂直级联更多的谐振腔，另外，只使用了两个谐振腔就能实现四个极点和传输零点，而传统的交叉耦合腔体滤波器实现相似的性能需要六个腔体，因此本发明所述的多层混合模六边形基片集成波导滤波器损耗较低，再者，通过控制共面波导输入端7、共面波导输出端8和六边形耦合槽92结构的位置和角度，可以灵活调整四个零点的位置，满足实际应用的需求。

图3、图4给出了该多层混合模六边形基片集成波导滤波器的左倾和右倾两个非谐振高次模式的电场分布。为了更加有效的激励谐振腔左倾和右倾两个非谐振高次模，所述共面波导输入端7与共面波导输出端8之间的夹角优选为115～125°。

为了便于制作加工，所述金第一金属层1、第二金属层3、第三金属层5采用金或银制作而成；所述第一介质基板2、第二介质基板4采用介电常数在1-20范围内的微波介质陶瓷制作而成。

图5是本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器与传统的双模基片集成波导滤波器的传输特性对比图，由图中可以看出，本发明多层混合模六边形基片集成波导滤波器可以产生四个传输零点，而传统的双模基片集成波导滤波器只产生一个传输零点，即在没有增加滤波器传输损耗的基础上实现更好的选择特性和更宽的阻带。

Claims

1.多层混合模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：包括从上到下依次层叠设置的第一金属层（1）、第一介质基板（2）、第二金属层（3）、第二介质基板（4）、第三金属层（5），所述第一金属层（1）上设置有共面波导输入端（7）、共面波导输出端（8），所述共面波导输入端（7）与共面波导输出端（8）之间存在夹角，所述第一介质基板（2）上设置有贯穿第一介质基板（2）的上金属化通孔阵列（61），所述上金属化通孔阵列（61）与第一金属层（1）、第二金属层（3）共同围成六边形的第一谐振腔（11），所述第二介质基板（4）上设置有贯穿第二介质基板（4）的下金属化通孔阵列（62），所述下金属化通孔阵列（62）与第二金属层（3）、第三金属层（5）共同围成六边形的第二谐振腔（12），所述第二谐振腔（12）位于第一谐振腔（11）的正下方，所述第一金属层（1）上设置有六边形耦合槽组合结构（9），所述六边形耦合槽组合结构（9）位于第一谐振腔（11）的内，所述六边形耦合槽组合结构（9）包括一个依次贯穿第一金属层（1）、第一介质基板（2）的金属化耦合通孔（91）、设置在第一金属层（1）上的一个六边形耦合槽（92）和两个弯折形槽（93），所述金属化耦合通孔（91）位于六边形耦合槽（92）的围成的空间内，所述六边形耦合槽（92）位于两个弯折形槽（93）围成的空间内；所述第二金属层（3）上设置有两个对称分布的V形耦合槽（10），所述两个V形耦合槽（10）位于第二谐振腔（12）内并且围绕第二谐振腔（12）的中心对称设置。

2.如权利要求1所述的多层混合模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述共面波导输入端（7）与共面波导输出端（8）之间的夹角为115～125°。

3.如权利要求1或2所述的多层混合模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述金第一金属层（1）、第二金属层（3）、第三金属层（5）采用金或银制作而成。

4.如权利要求3所述的多层混合模六边形基片集成波导滤波器，其特征在于：所述第一介质基板（2）、第二介质基板（4）采用介电常数在1-20范围内的微波介质陶瓷制作而成。