一種四階交叉耦合帶通濾波器的製作方法

2023-05-29 15:58:06

專利名稱：一種四階交叉耦合帶通濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種基片集成波導濾波器，具體的說，涉及的是一種結構緊湊且具有準橢圓函數性能的四階交叉耦合帶通濾波器。
背景技術：
具有緊湊的結構、較好的頻率選擇性、低損耗的帶通濾波器常被用於抑制那些位於有用頻段之外的信號，其作為無線通信系統前端最重要的器件之一，越來越受到研究人員的關注，對於這種高性能濾波器的需求也變得十分迫切。非相鄰諧振器之間的交叉耦合常被用來在有限頻率點產生傳輸零點，實現通帶與阻帶之間的陡峭過度，從而獲得較高的頻率選擇性。基片集成波導技術，因具有較高的品質因數、較小的輻射、較低的損耗而在微波毫米波器件發展中廣受青睞。據我們所知， 具有不同幾何結構的基片集成波導濾波器在近幾年中紛紛被學者們所提出。Potelon等人在2006年提出一種由三個圓形腔體構成的基片集成波導濾波器(Potelon，B.，J. -C.Bohorquez, J. -F. Favennec, C. Quendo, E. Rius, and C. Person, 「Design of Ku bandfilters based on Substrate integrated circular cavities (SICCs)，，，IEEE MTT-SInt. Micro. Symp. Dig. Jun. 2006，1237-1240.)，該濾波器通過引入交叉耦合使得信號從濾波器的輸入端傳輸到輸出端不僅通過主耦合路徑，還通過了交叉耦合路徑，電磁信號在通帶右側某一頻點幅度相同、相位相反，從而產生傳輸零點，改善了通帶右側的頻率選擇性。在此之後，又有研究人員通過利用腔體中的TE102模使得通帶右側的傳輸零點移至通帶左測，見「Three-pole cross-coupled substrate integrated waveguide (SIff)bandpass filters based on PCB process and multilayer LTCC technology,，』Microw.Opt. Tech. Lett.，Vol. 51，No. I, 71-73，Jan. 2009.另外，在 J. -S. Hong 等人 2000 年發表的文章中(Hong, J. S.，and M. J. Lancaster, 「Transmission line filters with advancedfiltering characteristics,，，IEEE MTT-S Int. Micro. Symp. Dig. , 2000, 319-322.),微帶傳輸線可在濾波器設計中視為一種變換器從而獲得不同的電響應。這種微帶傳輸線變換器也被用到之後的SIW濾波器設計中，可以實現交叉耦合(Chen，X.，W. Hong, T.J. Cui, Z. C. Hao, and K. ffu, 「Substrate integrated waveguide elliptic filterwith transmission line inserted inverter,，，Electron. Lett.，Vol. 41，No. 15，851-852，Jul. 2005.)。但是需要指出的是，附加交叉耦合傳輸線變換器會使得原本的電路面積增力口，不益於實現小型化。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種四階交叉耦合帶通濾波器，該濾波器相當於兩款在通帶左側和右側分別具有一個傳輸零點的三階濾波器的疊加，微帶諧振器被用來替代傳統的SIW腔體諧振器，結構緊湊，節約面積，較好的頻率選擇性以及較高的Q值。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是一種四階交叉耦合帶通濾波器，包括輸入饋線、輸出饋線、兩個中心對稱的第一諧振器和第四諧振器、第二微帶諧振器和第三微帶諧振器，在所述第一、第四諧振器的上下分別連接了第二微帶諧振器和第三微帶諧振器。依照本發明較佳實施例所述的四階交叉耦合帶通濾波器，所述第一諧振器和第四諧振器為物理尺寸完全相同的矩形腔體，兩腔體諧振器間開有窗口，構成用於實現級間信號耦合的耦合結構。依照本發明較佳實施例所述的四階交叉耦合帶通濾波器，所述第二諧振器為一個全波長微帶諧振器，第二諧振器與第一、第四諧振器的耦合特性相同。依照本發明較佳實施例所述的四階交叉耦合帶通濾波器，所述第三諧振器為一個一又二分之一波長微帶諧振器，第三諧振器與第一、第四諧振器的耦合特性相同。依照本發明較佳實施例所述的四階交叉耦合帶通濾波器，輸入饋線、輸出饋線分 別連接在第一諧振器和第四諧振器。本發明的四階交叉耦合濾波器與現有技術相比，具有以下優點(I)第二、三諧振器被用於替代傳統的基片集成波導腔體，大大減小了電路面積，因而本發明濾波器結構緊湊，空間利用率高，實現了小型化的目標，並且容易加工。(2)採用新型四階耦合拓撲結構，在通帶兩側各產生了一個傳輸零點，具有準橢圓函數性能，提高了濾波器的頻率選擇性。(3)本濾波器的地面沒有開槽，可以有效地防止信號洩露，並且易於和其他微帶電路集成。


圖I是本發明實施例的濾波器的結構布局示意圖；圖2是本發明實施例耦合拓撲結構的結構示意圖；圖3是本發明實施例中用到的兩端短路的微帶諧振器中基模、二次諧波、三次諧波的歸一化電壓分布圖；圖4是本發明實施例的濾波器實施例的頻率響應曲線。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖I所示，本發明實施例所述濾波器包括輸入埠 Ι/P、輸出埠 0/P、兩個微帶諧振器和兩個中心對稱的第一、第四諧振器1、4，兩個微帶諧振器為第二微帶諧振器2和第三微帶諧振器3，第一諧振器I和第四諧振器4均為SIW腔體諧振器，其長寬分別為L23、L33，兩腔公共邊上有一窗口，寬度為D3，用於控制交叉耦合的強度。第二微帶諧振器2的諧振頻率可通過SL2來控制，L2用於調節第二微帶諧振器2與腔體諧振器1、4之間的耦合強度。同樣的，第三微帶諧振器3的諧振頻率可通過調節SL3來控制，L3, L35, L36用於調節第三微帶諧振器3與腔體諧振器1、4之間的耦合強度。輸入埠 Ι/P和輸出埠 0/P分別連接在第一諧振器I和第四諧振器4上，其特性阻抗均為50 Ω，槽縫長度L24和L34可用於調節外部Q值。本實施例中，將平面緊湊型四階交叉耦合濾波器的中心頻率控制在5GHz，濾波器的襯底材料的介電常數為2. 65，厚度為1_。具體濾波器結構尺寸如下表所示濾波器的幾何尺寸(單位毫米)
權利要求
1.一種四階交叉耦合帶通濾波器，其特徵在於，包括輸入饋線、輸出饋線、兩個中心對稱的第一諧振器和第四諧振器、第二微帶諧振器和第三微帶諧振器，在所述第一、第四諧振器的上下分別連接了第二微帶諧振器和第三微帶諧振器。
2.根據權利要求I所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特徵在於，所述第一諧振器和第四諧振器為物理尺寸完全相同的矩形腔體，兩腔體諧振器間開有窗口，構成用於實現級間信號耦合的耦合結構。
3.根據權利要求I或2所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特徵在於，所述第二諧振器為一個全波長微帶諧振器，第二諧振器與第一、第四諧振器的耦合特性相同。
4.根據權利要求I或2所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特徵在於，所述第三諧振器為一個一又二分之一波長微帶諧振器，第三諧振器與第一、第四諧振器的耦合特性相同。
5.根據權利要求I所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特徵在於，輸入饋線、輸出饋線分別連接在第一諧振器和第四諧振器。
全文摘要
本發明涉及一種四階交叉耦合帶通濾波器，其具體公開的是一種新型四階交叉耦合基片集成波導帶通濾波器，包括介質基底、金屬貼片、金屬通孔、槽縫，在介質基底的表面和底面有金屬貼片，底面金屬貼片為地層，表面金屬貼片的中間部分為由金屬通孔形成的兩個矩形腔體，兩個矩形腔之間開了一個窗口，用於實現交叉耦合；表面金屬貼片上下各有一個與矩形腔體直接相連的微帶諧振器；矩形腔兩邊與輸入輸出微帶線相連，腔體與輸入輸出微帶線相連的位置刻有槽縫，這種新型四階交叉耦合濾波器具有緊湊的結構、較好的頻率選擇性以及較高的Q值。
文檔編號H01P1/203GK102891347SQ20121033562
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者沈瑋 申請人:上海航天測控通信研究所