一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，该滤波器包括：介质基片以及设置在基片上下表面的金属贴片和金属通孔；金属贴片包括输入输出端口微带线和带有等边直角三角形缺陷结构的第一、二、三、四谐振腔；所述第一和第二谐振腔之间设有第一电耦合，第二和第三谐振腔设有第二电耦合，并且在第二、三谐振腔相邻的直角边上刻蚀耦合补偿缝隙以增强两个谐振腔之间的负耦合，第三和第四谐振腔之间设有第三电耦合，第一和第四谐振腔之间通过感性窗口实现磁耦合。本发明的有益效果为：此滤波器具有结构紧凑，尺寸小型化，性能稳定且易于系统集成的特点。
【专利说明】一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器
技术领域
[0001]本发明涉及微波毫米波滤波器领域，具体涉及基片集成波导滤波器领域。
【背景技术】
[0002]近些年提出多种基片集成波导滤波器，基片集成波导滤波器是由传统金属波导结构变形而来，在普通基片上开两排金属通孔，用来代替传统波导的窄边，基片集成波导在保留了传统波导的一系列优点的同时，还可以与广泛使用的微带电路实现无缝隙集成。基片集成波导结构具备了传输损耗小、辐射小、高Q值、易于加工维护和体积小重量轻的优点，适合微波毫米波电路的设计和大规模生产。但是相对微带滤波器，基片集成波导滤波器尺寸还是较大。虽然先进的多层技术可以减小整体尺寸，但是成本高，加工过程复杂。为了进一步缩小滤波器的体积，可以沿着基片集成波导谐振腔的磁壁将谐振腔切开，这样更小体积的基于半模、四分之一模和八分之一模基片集成波导的滤波器被提出，并且具有与全模谐振腔相似的电磁特性。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是提出一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，兼具传统基片集成波导滤波器各种优点，进一步减小滤波器的尺寸。
[0004]本发明的技术方案:一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，其特征包括:介质基片以及设置在介质基片上下表面的金属贴片和金属通孔，所述金属贴片包括输入输出端口微带线和带有等边直角三角形缺陷结构的准八分之一模基片集成波导第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔;所述的第一谐振腔、第二谐振腔与第三谐振腔、第四谐振腔关于第二谐振腔和第三谐振腔之间的凹槽中心轴镜像对称;所述金属通孔贯穿介质基片和上下表面金属贴片;利用八分之一模基片集成波导，所述的八分之一模基片集成波导是沿着基片集成波导矩形谐振腔对角线磁壁和各边的中线磁壁将谐振腔切开得到的，具有两个开放式边界;表面开缝分形缺陷的八分之一模基片集成波导是在谐振腔的上层金属面按等边直角三角形的斜边平行于八分之一模基片集成波导斜边的方向刻蚀的等边直角三角形。在第二、三谐振腔相邻的直角边刻蚀有耦合补偿缝隙。通过在八分之一模基片集成波导上刻蚀等边直角三角形缺陷结构来作为基本谐振单元。
[0005]所述滤波器第一谐振腔和第二谐振腔之间通过凹槽实现电耦合。第二谐振腔和第三谐振腔之间一方面通过凹槽实现电耦合，并且在通过在两个谐振腔相邻的直角边刻蚀耦合补偿缝隙以增强两个谐振腔之间的电耦合。第三谐振腔和第四谐振腔之间通过凹槽实现电耦合。第一谐振腔和第四谐振腔之间通过感性窗口实现磁耦合，从而实现交叉耦合。第一谐振腔和第四谐振腔的耦合使滤波器产生了两个传输零点，耦合强度越大，传输零点越靠近通带边缘，选择性越好。输入输出端口直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。
[0006]本发明有益效果是:相比传统四腔耦合滤波器，缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器体积减少了 90%，通过在八分之一模基片集成波导上形成等边直角三角形缺陷结构作为基本谐振单元，谐振腔的表面电流会绕过表面的等边直角三角形缺陷，这样延长等效电流路径，增大电长度，从而使谐振频率降低。通过改变缺陷大小，可以得到耦合矩阵中的不同频率的谐振腔。在相同的谐振频率下，表面有等边直角三角形缺陷的谐振腔的尺寸会比没有等边直角三角形缺陷的谐振腔要小。减小了每个腔的尺寸，从而减小了整个滤波器的尺寸。通带内插入损耗优于-1.4dB，通带内回波损耗优于-21dB，在6.1GHz和6.86GHz处分别产生了一个传输零点，极大的提高了下阻带和上阻带的频率选择性。
【附图说明】
[0007]图1a是本发明实施例单个谐振腔的平面结构示意图。
[0008]图1b是本发明实施例单个谐振腔的截面结构示意图。
[0009]图2是本发明实施例的滤波器的结构分布示意图。
[0010]图3是本发明实施例的滤波器的频率响应曲线。
[0011]图中:分形缺陷结构四分之一模基片集成波导谐振腔上表面金属贴片1、等腰直角三角形缺陷2、金属通孔3、介质基片4、下表面金属贴片5、输入端口 6、第一谐振腔7、第二谐振腔8、第三谐振腔9、第三谐振腔1、输出端口 11、耦合补偿缝隙12。
【具体实施方式】
[0012]缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，所述滤波器包括:介质基片4以及设置在介质基片上下表面的金属贴片1、5和金属通孔3，所述的金属通孔3贯穿介质基片4和上下表面金属贴片1、5。如图1所示为单个八分之一模基片集成波导谐振腔，其两个开放式边界相当于理想磁壁，谐振腔的谐振频率主要由谐振腔的尺寸和刻蚀在谐振腔表面的缺陷结构的尺寸来决定。通过在八分之一模基片集成波导谐振腔的上层金属表面I按等边直角三角形的斜边平行于谐振腔斜边的方向放置刻蚀的等边直角三角形2，缺陷结构直角边长a的大小用于调节谐振腔的谐振频率。
[0013]如图2所示本发明是以四个表面开等边直角三角形槽的八分之一模基片集成波导谐振腔组成的交叉耦合滤波器，所述滤波器包括:输入端口 6、输出端口 11、第一谐振腔7、第二谐振腔8、第三谐振腔9、第四谐振腔10。所述第一谐振腔7、第二谐振腔8与第三谐振腔9、第四谐振腔10关于第二谐振腔8和第三谐振腔9之间的凹槽中心轴镜像对称，在第二谐振腔8和第三谐振腔9两个谐振腔相邻的直角边刻蚀有耦合补偿缝隙12。第一谐振腔7和第二谐振腔8之间通过凹槽实现负耦合。第二谐振腔8和第三谐振腔9之间一方面通过凹槽实现负耦合，并且在通过在两个谐振腔相邻的直角边刻蚀耦合补偿缝隙12以增强两个谐振腔之间的负耦合。第三谐振腔9和第四谐振腔10之间通过凹槽实现负耦合。第一谐振腔7和第四谐振腔10之间通过感性窗口实现正耦合。滤波器的输入端口 6、输出端口 11分别连接第一谐振腔7和第四谐振腔10。输入输出端口 6、11直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。本发明的滤波器的中心频率取决于谐振腔的谐振频率，带宽主要受耦合系数的影响。谐振腔的谐振频率主要由谐振腔的斜边和刻蚀在谐振腔表面的等边直角三角形缺陷结构的直角边长来决定，a2用来调节第一和第四谐振腔7、10的谐振频率，al用来调节第二和第三谐振腔8、9的谐振频率。c2同时调节第一谐振腔7与第二谐振腔8之间的耦合强度和第三谐振腔9与第四谐振腔10之间的耦合强度。Cl调节第二谐振腔与第三谐振腔的耦合强度。g和j通过调节第二谐振腔8和第三谐振腔9相邻直角边上耦合补偿缝隙12的大小来调节两个腔体之间的耦合强度，达到增强两腔体之间耦合强度的目的。同样，e用来调节第一谐振腔7与第四谐振腔10之间的耦合强度，决定了滤波器传输零点的位置。输入端口 6和输出端口 11分别与第一谐振腔和第四谐振腔相连，其特征阻抗为50欧姆。
[0014]本实例中，选用的介质基片相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm;如图2中各几何参数分另lJ为:W= 1.59mm，d = 0.5mm, p = 0.9mm，ai = 2.4mm，a2 = 5.5mm，ci = 0.62mm，C2 =1.16mm,e = 1.5mmfi = 10.75mm,f2 = 9.7mm，g = 0.lmm, j = 1.2mm，k = 1.8mm,n = 0.1mm0
[0015]如图3所示为本发明实施例的滤波器的频率响应曲线，其中虚线为仿真结果，实线为测试结果，从图中可以看到，仿真结果与测试结果相吻合，本发明的滤波器中心频率为6.4GHz，相对带宽为8.5%，通带内插入损耗优于_1.4dB，通带内回波损耗优于-21dB，在6.1GHz和6.86GHz分别出现了一个传输零点，极大的提高了下阻带和上阻带的频率选择性。
[0016]本发明是一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，该滤波器中八分之一模谐振器相比于传统的基片集成波导谐振腔滤波器的尺寸减小了大约87.5%。通过引入等边直角三角形缺陷延长等效电流路径，增大电长度，从而使谐振频率降低。通过改变缺陷大小，可以得到不同频率的谐振腔。相比传统四腔耦合滤波器，间隙耦合补偿分形缺陷结构准八分之一模基片集成波导带通滤波器体积减少了 90%。滤波器通带两侧各出现一个传输零点，具有较好的频率选择性，同时还具有结构紧凑，性能稳定，易于集成等特点。
[0017]以上所述的实施例并非对本发明做任何形式上的限制，任何根据上述发明方案技术的内容对实施例形状或结构上作的任何变化，均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，其特征在于:通过在八分之一模基片集成波导上刻蚀等边直角三角形缺陷结构作为基本谐振单元该滤波器包括:输入端口(6)、输出端口(II)、第一谐振腔(7)、第二谐振腔(8)、第三谐振腔(9)、第四谐振腔(10);所述第一谐振腔(7)、第二谐振腔(8)与第三谐振腔(9)、第四谐振腔(10)关于第二谐振腔(8)和第三谐振腔(9)之间的凹槽中心轴镜像对称;在第二谐振腔(8)和第三谐振腔(9)两个谐振腔相邻的直角边刻蚀耦合补偿缝隙(12)，第一谐振腔(7)和第二谐振腔(8)之间通过凹槽实现负耦合，第二谐振腔(8)和第三谐振腔(9)之间一方面通过凹槽实现负耦合，并且在通过在两个谐振腔相邻的直角边刻蚀耦合补偿缝隙(12)增强两个谐振腔之间的负耦合;第三谐振腔(9)和第四谐振腔(10)之间通过凹槽实现负耦合;第一谐振腔(7)和第四谐振腔(10)之间通过感性窗口实现正耦合；滤波器的输入端口(6)、输出端口(11)分别连接第一谐振腔(7)和第四谐振腔(10);输入输出端口(6、11)直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。2.根据权利要求1所述的缝隙耦合补偿分形缺陷结构的八分之一模基片集成波导滤波器，其特征在于:该滤波器由四个等边直角三角形缺陷结构八分之一模基片集成波导谐振腔构成，单个谐振腔利用八分之一模基片集成波导，在其上金属表面上(I)按等边直角三角形的斜边平行于八分之一模基片集成波导斜边的方向刻蚀等边直角三角形缺陷(2);所述谐振腔包括:介质基片(4)以及设置在介质基片上表面的金属贴片(I)、下表面的金属贴片(5)和金属通孔(3)，所述的金属通孔(3)贯穿介质基片(4)和上下表面金属贴片(1、5);在第二谐振腔(8)和第三谐振腔(9)两个谐振腔相邻的直角边刻蚀耦合补偿缝隙(12)。
【文档编号】H01P1/208GK106099274SQ201610361542
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】张胜, 汪海婷, 付学东, 饶家宇, 邰文思, 高硕
【申请人】中国矿业大学