基于1/3等边三角形基片集成谐振器的四模带通滤波器

摘要

本发明公开了基于1/3等边三角形基片集成谐振器的四模带通滤波器，包含谐振器腔体、椭圆形金属化通孔和2条微带线。谐振器腔体由上至下依次包含相互平行的顶层金属层、介质基片和底层金属层，两条微带线分别连接谐振器腔体，构成一个完整的谐振器，并将椭圆形金属化通孔设置在谐振器上。本发明结构简单，易于加工，且工作带宽大，电性能良好，解决了滤波器频率范围增大与工业加工变难之间的矛盾。

说明书

技术领域

本发明属于毫米波技术领域，特别涉及了基于1/3等边三角形基片集成谐振器的四模带通滤波器。

背景技术

现代无线通信中，微波频段通信系统业务繁多，频率资源极为紧张，未来通信技术向着更高频段--毫米波方向发展。滤波器作为用于分离信号的部分，是无线通信系统中关键部分之一。三角形基片集成谐振器所具有的高品质因数、低插入损耗、结构紧凑、大功率容量等特点，在现代通信中有着广泛的应用。而随着频率范围的不断提高，毫米波器件的尺寸将会不断的缩小。当毫米波器件的设计尺寸缩小到一点程度时，由于工业加工技术的局限性，将无法精确的加工。如何提高滤波器的频率范围，且现在工业加工技术能够精确加工，成为该领域日益需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供基于1/3等边三角形基片集成谐振器的四模带通滤波器，解决了滤波器频率范围增大与工业加工变难之间的矛盾。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于1/3等边三角形基片集成谐振器的四模带通滤波器，包含谐振器腔体、椭圆形金属化通孔和2条微带线；所述谐振器腔体由上至下依次包含相互平行的顶层金属层、介质基片和底层金属层，所述顶层金属层、介质基片和底层金属层为相互全等的平面四边形，所述平面四边形包含第一边、第二边、第三边和第四边，第一边与第二边的夹角为60°，第三边垂直于第二边，第四边垂直于第一边，第三边与第四边的夹角为120°，且第一边与第二边等长，第三边与第四边等长，在介质基片上沿着其第一边和第二边均匀排布着两列圆形金属化通孔；谐振器腔体的四个侧面中有圆形金属化通孔的两个侧面作为电壁，其余两个侧面作为磁壁，所述两条微带线分别沿着两个磁壁的边沿设置并相交于两个磁壁的交接处，所述椭圆形金属化通孔设在前述介质基片上。

其中，上述两条微带线的阻抗均为50欧姆。

其中，上述四模带通滤波器为镜面对称结构。

其中，上述底层金属层上刻蚀有一组缺陷地结构。

其中，上述缺陷地结构包括3条相互平行的开槽线，且每条开槽线的两端为箭头状。

采用上述技术方案带来的有益效果：

（1）本发明利用1/3等边三角形基片集成谐振器四个模态的耦合，以及在谐振器上增加椭圆形金属化通孔改变谐振器的主模频率，使谐振器变成滤波器，提升了滤波范围，并且通带带宽大；

（2）本发明主要结构就是一个1/3等边三角形基片集成谐振器，结构简单紧凑，易于工业加工。

附图说明

图1是本发明中谐振器腔体的结构示意图。

图2是本发明中谐振器腔体的三维剖析示意图。

图3是本发明中谐振器的结构示意图。

图4为本发明四模带通滤波器的结构示意图。

图5是本发明中谐振器的S参数仿真波形图。

图6为本发明四模带通滤波器的S参数仿真波形图。

图7为本发明中缺陷地结构示意图。

图8为本发明带有缺陷地结构四模带通滤波器的结构示意图。

图9为本发明带有缺陷地结构四模带通滤波器的S参数仿真波形图。

标号说明：1、顶层金属层；2、介质基片；3、圆形金属化通孔；4、底层金属层。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的基本单元为一个1/3等边三角形基片集成谐振器，该谐振器实质上是由从一个等边三角形谐振腔上分割出来的，将等边三角形谐振腔分别沿中心到三边的垂线段分割即可。

基于1/3等边三角形基片集成谐振器的四模带通滤波器，包含谐振器腔体、椭圆形金属化通孔和2条微带线。如图1和图2所示，所述谐振器腔体由上至下依次包含相互平行的顶层金属层1、介质基片2和底层金属层4，所述顶层金属层1、介质基片2和底层金属层4为相互全等的平面四边形，所述平面四边形包含第一边、第二边、第三边和第四边，第一边与第二边的夹角为60°，第三边垂直于第二边，第四边垂直于第一边，第三边与第四边的夹角为120°，且第一边与第二边等长，第三边与第四边等长，在介质基片2上沿着其第一边和第二边均匀排布着两列圆形金属化通孔3。谐振器腔体的四个侧面中有圆形金属化通孔3的两个侧面作为电壁，其余两个侧面作为磁壁，所述两条微带线分别沿着两个磁壁的边沿设置并相交于两个磁壁的交接处，两条微带线与谐振器腔体共同构成一个完整的谐振器，在本实施例中，两条微带线的阻抗均为50欧姆，这两条微带线分别作为谐振器的输入端和输出端，其结构如图3所示。

上述谐振器包括四个模式TM₁₀₁模、TM₂₀₁模、TM₁₀₂模和TM₃₀₃模，如图4所示，在谐振器的介质基片上设有椭圆形金属化通孔，其作用为提高原谐振器中TM101模的谐振频率，使TM₁₀₁模和TM₂₀₁模、TM₁₀₂模、TM₃₀₃模分别产生耦合，进而形成一个带通滤波器。图5和图6分别为谐振器和四模带通滤波器的S参数仿真波形图，其横坐标为频率（单位：吉赫兹），纵坐标为S参数（单位：分贝），实线（Simulated S21）与虚线（Simulated S11）分别表示电磁波反射系数与频率的关系、电磁波传输系数与频率的关系，对比图5和图6可见，TM₁₀₁模的谐振频率有很大提高，并且TM₂₀₁模、TM₁₀₂模和TM₃₀₃模发生了耦合。在本实施例中，整个四模带通滤波器为镜面对称结构。

如图7所示本发明中缺陷地结构的示意图，该缺陷地结构包括3条相互平行的双箭头形状的开槽线，使用该缺陷地结构的目的是为了抑制滤波器中更高次模，从而达到改善带外特性的效果。图8为带有缺陷地结构四模带通滤波器的结构示意图，图9为它的S参数仿真波形图，由图可得，该带通滤波器的中心频率为20.01GHz，-5dB带宽为14.55GHz~27.52GHz，带内插入损耗为2.2dB左右，回波损耗大于13dB，说明该滤波器性能良好。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。