一種互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器的制造方法
【專利摘要】一種互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，該濾波器利用兩個諧振器實現雙頻帶濾波器。該雙帶濾波器是在介質基片上面設置頂層金屬、接地金屬面設置底層金屬地，頂層金屬上刻蝕的互補開口諧振環結構、接地金屬貼片刻蝕的互補開口諧振環缺陷地結構，在頂層金屬的一邊設有一排金屬通孔，微帶線，阻抗匹配單元，輸入饋電線和輸出饋電線。其中互補開口諧振環結構可產生一個通帶，同時產生一個傳輸零點；互補開口諧振環缺陷地結構和微帶線通過耦合產生一個通帶，同時也產生一個輸零點，兩者級聯構成雙帶濾波器。該濾波器引入兩個傳輸零點，使帶外抑制得到改善，提高通帶選擇性，同時采用錐形漸變的饋電方式，可提高外部品質因數。
【專利說明】一種互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用在無線通信系統的濾波器，尤其是涉及一種互補開口諧振環和缺陷地結構的雙帶濾波器。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信的發展，通信設備的不斷遞增，有限的頻率資源日益緊張，如何高效利用頻譜資源，在朝著更高頻段發展的同時也兼容好現有的各種通信頻段資源的通信系統是無線通信發展的一個關鍵。具有高選擇性、小體積、低成本、設計靈活的射頻濾波器有著迫切的需求。而如今的通信系統要求同時工作于多個通信頻段以節約成本，即多通帶低成本濾波器成為了這些系統中必不可少的器件。而半模基片集成波導濾波器在低成本方面有著絕對優勢。
[0003]濾波器是通信設備不可或缺的基本單元電路，其性能好壞是直接影響其整個系統的性能。傳統的濾波器通常采用微帶或波導結構，但有著自身的不足。對于平面微帶結構濾波器，其具有體積小、加工簡單、易集成等優點，但存在損耗大、功率容量低等缺點。基于金屬波導結構的濾波器有著功率容量高、插損小等優點，但是其加工成本高，且不適合與現代平面電路集成。而基于半模基片集成波導技術和缺陷地技術的雙帶濾波器在一定程度上綜合了兩者的優點，在近期受到廣泛關注。

【發明內容】

[0004]本發明的主要目的是采用半模基片集成波導技術和缺陷地技術，結合半模基片集成波導上刻蝕互補開口諧振環的傳輸特性以及互補開口諧振環缺陷地結構的傳輸特性，提供一種選擇性高和阻帶抑制良好的小型化雙帶濾波器。
[0005]本發明通過以下的技術方案實現:
一種互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，包括兩端的微帶饋電線和兩個半模基片集成波導單元。
[0006]所述半模基片集成波導單元包含三層結構:頂層金屬，中間層和底層金屬地。
[0007]在頂層金屬上刻蝕有互補開口諧振環結構，構成第一諧振器，產生一個通帶，同時產生一個傳輸零點；在頂層金屬的一邊設有一排金屬通孔，連接頂層金屬和底層金屬地；頂層金屬上還刻蝕有微帶線、阻抗匹配單元、輸入饋電線和輸出饋電線；所述阻抗匹配單元的一端與輸入、輸出饋電線相連，另一端與半模基片集成波導相連，實現基片集成波導和輸入、輸出饋電線之間的模式轉換和阻抗變換。
[0008]在底層金屬地上刻蝕互補開口諧振環缺陷地結構，所述微帶線位于互補開口諧振環缺陷地結構的上方，并且中心線與互補開口諧振環缺陷地結構中心線在一個平面上，該平面與底面金屬平面垂直，兩者之間存在電容耦合，互補開口諧振環缺陷地結構和微帶線通過耦合構成第二諧振器。[0009]所述互補開口諧振環結構、互補開口諧振環缺陷地結構和微帶線的中心在一條直線上，整個濾波器結構是一個軸對稱結構。
[0010]所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器的關鍵技術難點在于解決半模基片集成波導上刻蝕互補開口諧振環與互補開口諧振環缺陷地的結構尺寸和耦合問題，確定影響雙帶傳輸響應的關鍵結構參數。精確設計半模基片集成波導上刻蝕互補開口諧振環的外邊長，確定其諧振頻點，在諧振頻點附近實現一個具有陡峭截止特性、以該諧振器產生的諧振頻點為第一個通帶的中心頻點。精確設計互補開口諧振環缺陷地的外邊長和對應的微帶線長度、寬度，確定微帶線和互補開口諧振環缺陷地結構彼此間的耦合產生諧振頻點，實現以該諧振頻點為中心的第二個通帶，同時該結構引入一個傳輸零點，進一步加強第二通帶高頻段的帶外抑制特性。通過調節半模基片集成波導上刻蝕互補開口諧振環的縫隙寬度來改變第一個傳輸零點的位置，進一步改善兩個通帶的選擇性。利用兩個互補開口諧振環產生不同諧振頻點關系，最終實現高頻段高衰減、兩通帶之間隔離高達-60dB的高選擇性小型化雙帶濾波器。
[0011]本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果:
1、本雙帶濾波器采用半模基片集成波導與缺陷地集成在一起的結構，使得電路整體尺寸小、結構緊湊、空間利用率高；采用兩個諧振器實現雙帶濾波器各通帶互不干擾。
[0012]2、本雙帶濾波器通過結構設計，引入了兩個傳輸零點，提高濾波器的兩個通帶的選擇性，以及改善濾波器的帶外抑制。
[0013]3、兩個諧振點分別由兩個互補開口諧振環尺寸獨立控制，實現可獨立控制的雙帶濾波器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本雙帶濾波器的結構示意圖；
圖2是圖1所示的雙帶濾波器的介質基板上層示意圖；
圖3是圖1所不的介質基板下層不意圖；
圖4為圖1中的互補開口諧振環結構(2)和(3)的不意圖；
圖5為本雙帶濾波器實例的頻率響應曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0016]如圖1至圖4所示的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其包含介質基片，介質基片上面設置金屬貼片作為頂層金屬la、下表面設置金屬貼片作為底層金屬地lb。頂層金屬Ia上刻蝕的互補開口諧振環結構2,構成第一諧振器。底層金屬地Ib的接地金屬貼片上刻蝕的互補的開口諧振環缺陷地結構3，微帶線5位于互補開口諧振環缺陷地結構3的上方，并且中心線與互補開口諧振環缺陷地結構3中心線在一個平面上，該平面與底面金屬平面垂直，互補開口諧振環缺陷地結構3與頂層金屬Ia上的微帶線5耦合產生第二個通帶，構成第二諧振器。頂層金屬Ia上的一邊設有一排金屬通孔4、阻抗匹配單元6、輸入饋電線7和輸出饋電線8，級聯兩個諧振器構成雙帶濾波器。[0017]所述頂層金屬Ia上的互補開口諧振環結構2是由縫隙A和B構成，能夠產生一個通帶。其中縫隙A與B之間的金屬寬度為0.3mm，縫隙A和B的寬為1mm，縫隙A_l、A-5的長為3.475mm，縫隙A_2、A-4的長為5.1mm，縫隙A-3的長為7.lmm, A-1縫隙和A-5縫隙之間的金屬距離為0.25mm，縫隙B_l、B-5的長為2.125臟，縫隙B_2、B-4的長為2.5mm，縫隙B-3的長為4.5_，縫隙B-1和B-5間的金屬長為0.25mm。A_l、A_2、A_3、A_4、A-5的長度和A-1和A-5之間的金屬距離控制第一個通帶的中心頻率；縫隙A和B的寬度用于改變第一個傳輸零點。
[0018]所述基片下表面的底層金屬地Ib刻蝕的互補開口諧振環缺陷地結構3是由縫隙C和D構成，其中縫隙C與D之間的金屬寬度為0.25mm,縫隙C和D的寬為0.25mm,縫隙C-1、C-5的長為1.975mm，縫隙C_2、C-4的長為3.7mm，縫隙C-3的長為4.2，C-1縫隙和C-5縫隙之間的金屬距離為0.25mm，縫隙D_l、D-5的長為1.475mm，縫隙D_2、D-4的長為2.7mm,縫隙D-3的長為3.2m，縫隙D-1和D-5間的金屬距離為0.25mm ;微帶線5的長為4.2mm,寬為1_。縫隙C的長和微帶線5的長、寬控制第二個通帶的中心頻率，縫隙C、D的寬和微帶線5的長、寬控制第二個通帶的選擇性。
[0019]所述的頂層金屬Ia上刻蝕的互補開口諧振環結構2距頂層金屬Ia的左邊緣0.5mm、距上邊緣0.3mm、距下邊緣金屬化過孔圓心為1.2mm,兩個單元的中心距離為
10.1_，金屬通孔的直徑為0.8mm,圓心距為1.4mm。
[0020]在本實施例中，介質基片采用Rogers 5880，介電常數為2.2，厚度為0.508mm。
[0021]如圖5所示，為該本實例的頻率響應曲線圖。圖中包括兩大曲線I S21 |、| SllI，曲線I S21 I是信號的傳輸特性曲線，曲線I SIi I是端口的反射特性曲線。由圖
可知，該濾波器具有雙帶通帶響應，其中一個通帶的中心頻率是2.5GHz，通帶內最小插損
0.483dB,回波損耗大于21dB，其通帶3dB帶寬為18% ;第二通帶的中心頻率為5.4GHz，通帶內最小插入損耗為1.551dB,通帶內回波損耗大于35dB,其通帶3dB寬帶為4.8% ;第一、二通帶的寬帶比為3.7:1 ;二個傳輸零點分別在3.75GHz,5.9GHz，有效的提高了互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器通帶的選擇性。
[0022]本發明并不局限于上述實施方式，如果對發明的各種改動或變形不脫離本發明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發明的權利要求和等同技術范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變形。
【權利要求】
1.一種互補開口諧振環和缺陷地結構的半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特性在于:包括兩端的輸入饋電線(7)和輸出饋電線(8)和中間的兩個半模基片集成波導單元； 所述半模基片集成波導單元包含三層結構:頂層金屬(la)，中間層和底層金屬地(Ib)； 在頂層金屬(Ia)上刻蝕有互補開口諧振環結構(2)，構成第一諧振器，產生一個通帶，同時產生一個傳輸零點；在頂層金屬(Ia)的一邊設有一排金屬通孔(4)，連接頂層金屬和底層金屬地；頂層金屬(Ia)上還刻蝕有微帶線(5)、阻抗匹配單元(6)、輸入饋電線(7)和輸出饋電線(8);所述微帶線(5)與互補開口諧振環結構(2)相連；所述阻抗匹配單元(6)的一端與輸入、輸出饋電線(7、8)相連，另一端與半模基片集成波導相連，實現基片集成波導和輸入、輸出饋電線之間的模式轉換和阻抗變換； 在底層金屬地(Ib)上刻蝕互補開口諧振環缺陷地結構(3)，所述微帶線(5)位于互補開口諧振環缺陷地結構(3)的上方，并且中心線與互補開口諧振環缺陷地結構(3)中心線在一個平面上，所平面與底面金屬平面垂直，兩者之間存在電容耦合，互補開口諧振環缺陷地結構(3)和微帶線(5)通過耦合構成第二諧振器； 所述互補開口諧振環結構(2)和微帶線(5)的中心線在一條直線上，整個濾波器結構是一個軸對稱結構。
2.根據權利要求1所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:構成第一諧振器的互補開口諧振環結構(2)是在頂層金屬(Ia)上刻蝕縫隙A和B而構成，縫隙A和B開口方向相反，能夠產生一個通帶。
3.根據權利要求2所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:其中縫隙A-2分別于A-1和A-3垂直相交，A-4分別于A-3和A-5垂直相交，縫隙B-2分別于B-1和B-3垂直相交，B-4分別與B-3和B-5垂直相交；A_1、A_2、A-3、A-4、A-5的長度和A-1和A-5之間的金屬距離控制第一個通帶的中心頻率；縫隙A和B的寬度用于改變第一個傳輸零點。
4.根據權利要求2所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:其中縫隙A與B之間的金屬寬度為0.3mm，縫隙A和B的寬為1mm，縫隙A-1、A-5的長為3.475mm，縫隙A_2、A-4的長為5.1mm，縫隙A-3的長為7.lmm, A-1縫隙和A-5縫隙之間的金屬距離為0.25mm，縫隙B_l、B-5的長為2.125mm，縫隙B_2、B-4的長為2.5mm，縫隙B-3的長為4.5mm，縫隙B-1和B-5間的金屬長為0.25mm。
5.根據權利要求1或2所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:構成第二諧振器的互補開口諧振環缺陷地結構(3)是在底層金屬地(Ib)上刻蝕的縫隙C和D而構成，縫隙C和D開口方向相反，互補開口諧振環缺陷地結構(3) (3)和微帶線(5)耦合產生第二個通帶，縫隙C的長和微帶線(5)的長、寬控制第二個通帶的中心頻率，縫隙C、D的寬和微帶線(5)的長、寬控制第二個通帶的選擇性。
6.根據權利要求4所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:其中縫隙C-2分別于C-1和C-3垂直相交，C-4分別于C-3和C-5垂直相交，縫隙D-2分別于D-1和D-3垂直相交，D-4分別于D-3和D-5垂直相交。
7.根據權利要求6所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:所述縫隙C與D之間的金屬寬度為0.25mm，縫隙C和D的寬為0.25mm,縫隙C-l、C-5的長為1.975mm，縫隙C_2、C_4的長為3.7mm，縫隙C_3的長為4.2，C-1縫隙和C-5縫隙之間的金屬距離為0.25mm，縫隙D_1、D_5的長為1.475mm，縫隙D_2、D_4的長為2.7mm，縫隙D-3的長為3.2m，縫隙D-1和D-5間的金屬距離為0.25mm ;微帶線(5)的長為4.2mm,寬為 Imnin
8.據權利要求1或2所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:所述互補開口諧振環結構(2)距頂層金屬(Ia)的左邊緣0.5mm、距上邊緣0.3mm、距下邊緣金屬化過孔圓心為1.2mm,兩個單元的中心距離為10.lmm。
9.根據權利要求1或2所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:所述阻抗匹配單元(6)是錐形漸變線。
10.根據權利要求1或2所述的互補開口諧振環和缺陷地結構半模基片集成波導的雙帶濾波器，其特征在于:該濾波器所述介質基片采用Rogers 5880。
【文檔編號】H01P1/20GK103700910SQ201410008081
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月8日 優先權日:2014年1月8日
【發明者】黃杰, 張中華, 李光林, 陳志林 申請人:西南大學