專利名稱：基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種毫米波濾波器，該濾波器使用基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide SIW)雙模腔體實(shí)現(xiàn)，具有橢圓響應(yīng)的特點(diǎn)，特別適用于 高頻，低損耗，高集成度，以及對(duì)選擇性有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
濾波器是電路系統(tǒng)重要的基本單元電路之一,它的性能對(duì)系統(tǒng)整體的選擇性、 噪聲系數(shù)、增益、靈敏度等都有重要影響。微波毫米波電路中常用的有基于金屬 波導(dǎo)的濾波器和基于微帶線、共面線等平面電路的濾波器。基于金屬波導(dǎo)的濾波 器通常具有高Q值、低損耗、選擇性較好等優(yōu)點(diǎn)，但其加工精度要求髙、成本高、 體積大、與有源電路較難集成。而基于微帶線、共面線等平面電路技術(shù)的濾波器 雖易與有源電路集成，但通常存在較大的輻射，損耗大，Q值低，性能較差。基 片集成波導(dǎo)技術(shù)具有平面電路的易集成、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有與金屬波導(dǎo)濾 波器近似的優(yōu)良性能。由于頻譜資源有限，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)濾波器的選擇性提出 了越來(lái)越高的要求。橢圓響應(yīng)濾波器無(wú)疑是一種優(yōu)先的選擇。實(shí)現(xiàn)橢圓濾波器的 常用方法是利用交叉耦合，產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)。但是該方法設(shè)計(jì)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比 較困難。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提出一種基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器，它 采用了基片集成波導(dǎo)技術(shù)，單層結(jié)構(gòu)，加工實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，體積小，集成度高，另一 方面，它采用了矩形雙模腔體實(shí)現(xiàn)了橢圓響應(yīng)，插損比較小，性能優(yōu)異，并且設(shè) 計(jì)也很方便。技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種具有橢圓響應(yīng)的雙模腔體濾波器，主要基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)和雙模理論，非常適合應(yīng)用于毫米波領(lǐng)域。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
該雙模腔體橢圓響應(yīng)濾,波器采用了兩個(gè)尺寸不同的雙模單腔，以獲得雙邊陡 降的橢圓響應(yīng)，每個(gè)單腔貢獻(xiàn)一個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)；每個(gè)單腔它采用了片集成波 導(dǎo)技術(shù)，在介質(zhì)基片的上、下表面分別敷有上表面金屬層和下表面金屬層，金屬 化通孔陣列貫穿于介質(zhì)基片、上表面金屬層和下表面金屬層，由金屬化通孔陣列 圍成矩形結(jié)構(gòu)的腔體，在矩形結(jié)構(gòu)的腔體相對(duì)的兩側(cè)分別設(shè)有第一感性耦合孔、 第二感性耦合孔將能量引入和導(dǎo)出腔體；第一金屬化通孔陣列和第二金屬化通孔 陣列分別設(shè)在第一感性耦合孔、第二感性耦合孔外，對(duì)應(yīng)于濾波器腔體的輸入和 輸出，兩個(gè)呈共線分布，由它們連向外部電路，可連向微帶線或其它基片集成波 導(dǎo)器件。矩形結(jié)構(gòu)的腔體的尺寸、結(jié)構(gòu)、包括長(zhǎng)和寬、長(zhǎng)寬比，能獨(dú)立的控制濾 波器零點(diǎn)和極點(diǎn)的位置，這給設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便。
對(duì)于傳輸零點(diǎn)在左邊的情況，第一感性耦合孔的寬度"為2. 62 mm,第二感性 耦合孔的寬度6為4.587mm。對(duì)于傳輸零點(diǎn)在左邊的情況，第一感性耦合孔的寬 度a為2. 62 mm,第二感性耦合孔的寬度6為4. 587 mm。
對(duì)于傳輸零點(diǎn)在左邊的情況，矩形結(jié)構(gòu)的腔體長(zhǎng)邊為10. 46 mm，短邊長(zhǎng) /e"g^為5. 51咖。對(duì)于傳輸零點(diǎn)在右邊的情況，矩形結(jié)構(gòu)的腔體長(zhǎng)邊為9. 76 mm，短邊長(zhǎng)/ewgf/j為5. 73亂
金屬化通孔的直徑w為0. 3 mm,相鄰?fù)椎拈g距w為0. 6 mm。介質(zhì)厚度為 0.5 mm，介電常數(shù)為2.2。 有益效果
1. 該濾波器具備很好的橢圓響應(yīng)特性，有很好的選擇性，上下邊帶響應(yīng)比較對(duì) 稱。
2. 該濾波器具有較小的插損，釆用雙模結(jié)構(gòu)，只使用了兩個(gè)腔體便實(shí)現(xiàn)了四個(gè) 極點(diǎn)和兩個(gè)可控的零點(diǎn)，而傳統(tǒng)的交叉耦合橢圓響應(yīng)腔體濾波器實(shí)現(xiàn)同樣的 性能需要四個(gè)腔體，由此會(huì)帶來(lái)更大的插損。濾波器腔體相對(duì)于主模而言， 具有更大的無(wú)載品質(zhì)因素，因此可進(jìn)一步較小損耗。
3. 該濾波器釆用了單層基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，制作全部利用成熟 的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)工藝，成本低而精度高，容易與有源平面電路集成，這相對(duì)于金屬波導(dǎo)濾波器而言是個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。
4. 該濾波器設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，兩個(gè)雙模腔體可獨(dú)立設(shè)計(jì)，極點(diǎn)和零點(diǎn)是由腔體分 別控制的，避免了交叉耦合橢圓濾波器的復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程。
5. 濾波器上下表面均由金屬化孔相連，接地和隔離方便，輸入輸出之間容易實(shí) 現(xiàn)完全隔離。以基片集成波導(dǎo)腔體作為諧振器，基本消除了輻射損耗，濾波 器的損耗遠(yuǎn)低于基于微帶和共面線的濾波器。


圖l為基片集成波導(dǎo)雙模濾波器單腔結(jié)構(gòu)圖，其中圖l(a)為正面視圖，圖 1 (b)為側(cè)面視圖。
圖2為基片集成波導(dǎo)雙模濾波器單腔傳輸特性及模式電場(chǎng)圖，腔體尺寸說(shuō)明圖。
圖3為實(shí)施例1兩腔雙模模濾波器結(jié)構(gòu)圖。
圖4為實(shí)施實(shí)例濾波器傳輸特性圖，其中虛線為測(cè)試結(jié)果，實(shí)線為仿真結(jié)果。 以上的圖中有介質(zhì)基片l、金屬化通孔陣列2、矩形結(jié)構(gòu)的腔體3、第一金
屬化通孔陣列4、第二金屬化通孔陣列5、第一感性耦合孔61、第二感性耦合孔
62、上表面金屬層7、下表面金屬層8。
具體實(shí)施例方式
該雙模腔體橢圓響應(yīng)濾波器采用了兩個(gè)尺寸不同的雙模單腔，以獲得雙邊陡 降的橢圓響應(yīng)，每個(gè)單腔貢獻(xiàn)一個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)。單腔的結(jié)構(gòu)如圖l所示，它 采用了基片集成波導(dǎo)技術(shù)，包括介質(zhì)基片l，在介質(zhì)基片1上下表面所敷的上表 面金屬層7、下表面金屬層8，以及貫穿于上下兩層金屬面的上表面金屬層7、下 表面金屬層8的金屬化通孔陣列2。矩形結(jié)構(gòu)的腔體3為標(biāo)準(zhǔn)的矩形結(jié)構(gòu)，第一 感性耦合孔61、第二感性耦合孔62將能量引入和導(dǎo)出腔體。第一金屬化通孔陣 列4、第二金屬化通孔陣列5分別對(duì)應(yīng)于濾波器腔體的輸入和輸出，兩個(gè)呈共線 分布，由它們連向外部電路，可連向微帶線或其它基片集成波導(dǎo)器件，該通孔陣 列還可以抑制低次模式的進(jìn)入。此濾波器所用模式為T(mén)E,。3模和TE^模。圖2展示 了單個(gè)腔體的傳輸特性和以及所用模式的電場(chǎng)圖，TE,。2模因?yàn)V波器輸入輸出呈直 線分布且正好位于該模式的零電場(chǎng)處而可以被很好的抑制掉。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)腔體尺寸，可以很方便的將傳輸零點(diǎn)移至上邊帶或下邊帶，零極點(diǎn)可由腔體獨(dú)立控制。濾波器設(shè)計(jì)實(shí)物如圖3所示。圖1所示的雙模腔體31,測(cè)試用或連向外部電 路的微帶及其漸變線32,感性孔徑耦合窗33。整個(gè)濾波器由兩個(gè)矩形雙模腔體線 直線排布而成，比較小巧，除去測(cè)試用的微帶線及其漸變線，濾波器本身非常小。 基片采用了 Rogers5880，介電常數(shù)為2.2,厚0. 5mm。兩個(gè)不同的腔體各負(fù)責(zé)一 個(gè)帶外傳輸零點(diǎn)和兩個(gè)帶內(nèi)極點(diǎn)，調(diào)試比較方便。濾波器的實(shí)測(cè)傳輸特性如圖4 虛線所示，實(shí)測(cè)回波損耗優(yōu)于-11.5dB，帶內(nèi)插損大約為2.92dB，該損耗是包含 了測(cè)試接頭，微帶饋電線及漸變線的影響，這些損耗在Ka波段還是比較明顯的， 扣除這部分損耗，濾波器的實(shí)際損耗會(huì)更小，應(yīng)該小于2dB。所設(shè)計(jì)濾波器的中 心頻率為35GHz，實(shí)測(cè)帶寬約為2GHz，可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果比較吻合， 主要差別是帶寬有點(diǎn)變大，這應(yīng)該是左邊腔體孔定位不準(zhǔn)造成的。濾波器的選擇 性非常好，很快便下降到了-20dB以下，這是典型的橢圓濾波器特征。
權(quán)利要求
1.一種基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器，其特征在于該雙模腔體橢圓響應(yīng)濾波器采用了兩個(gè)尺寸不同的雙模單腔，以獲得雙邊陡降的橢圓響應(yīng)，每個(gè)單腔貢獻(xiàn)一個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)；每個(gè)單腔它采用了片集成波導(dǎo)技術(shù)，在介質(zhì)基片(1)的上、下表面分別敷有上表面金屬層(7)和下表面金屬層(8)，金屬化通孔陣列(2)貫穿于介質(zhì)基片(1)、上表面金屬層(7)和下表面金屬層(8)，由金屬化通孔陣列(2)圍成矩形結(jié)構(gòu)的腔體(3)，在矩形結(jié)構(gòu)的腔體(3)相對(duì)的兩側(cè)分別設(shè)有第一感性耦合孔(61)、第二感性耦合孔(62)將能量引入和導(dǎo)出腔體；第一金屬化通孔陣列(4)和第二金屬化通孔陣列(5)分別設(shè)在第一感性耦合孔(61)、第二感性耦合孔(62)外，對(duì)應(yīng)于濾波器腔體的輸入和輸出，兩個(gè)呈共線分布，由它們連向外部電路，可連向微帶線或其它基片集成波導(dǎo)器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器，其特征在于第 一感性耦合孔(61)的寬度a為2. 62 mm,第二感性耦合孔(62)的寬度b為4. 587咖o
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器，其特征在于-矩形結(jié)構(gòu)的腔體(3)的尺寸、結(jié)構(gòu)、包括長(zhǎng)和寬、長(zhǎng)寬比，能獨(dú)立的控制濾波器 零點(diǎn)和極點(diǎn)的位置，這給設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器，其特征在于金 屬化通孔(2)的直徑w為0.3 mm,相鄰?fù)椎拈g距w為0.6 mm。
全文摘要
基片集成波導(dǎo)雙模橢圓響應(yīng)濾波器采用了兩個(gè)尺寸不同的雙模單腔，在介質(zhì)基片(1)的上、下表面分別敷有上表面金屬層(7)和下表面金屬層(8)，金屬化通孔陣列(2)貫穿于介質(zhì)基片(1)、上表面金屬層(7)和下表面金屬層(8)，由金屬化通孔陣列(2)圍成矩形結(jié)構(gòu)的腔體(3)，在矩形結(jié)構(gòu)的腔體(3)相對(duì)的兩側(cè)分別設(shè)有第一感性耦合孔(61)、第二感性耦合孔(62)將能量引入和導(dǎo)出腔體；第一金屬化通孔陣列(4)和第二金屬化通孔陣列(5)分別設(shè)在第一感性耦合孔(61)、第二感性耦合孔(62)外，對(duì)應(yīng)于濾波器腔體的輸入和輸出，兩個(gè)呈共線分布，由它們連向外部電路，可連向微帶線或其它基片集成波導(dǎo)器件。
文檔編號(hào)H01P1/207GK101217207SQ200810019059
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者偉 洪, 董元旦 申請(qǐng)人:東南大學(xué)