一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器

本发明涉及毫米波传输，具体为一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器。

背景技术：

1、人工磁导体是近几年在毫米波段研究比较热门的方向之一，周期排布的电磁带隙结构单元可以组成人工磁导体表面，理想导体与之平行放置可以构成一个无电接触式的电磁屏蔽结构，该结构被称为间隙波导。间隙波导具有较宽的电磁禁带，同时还具有低损耗、自封装等优点。按其结构不同可以细分为脊间隙波导、槽间隙波导和悬置微带线间隙波导，印刷脊间隙波导是脊波导的一种，其体积小、易于集成、并且传输介质为空气，近些年备受关注。

2、有关滤波器的研究一直在不断地突破，各种滤波器的设计层出不穷，高性能、低成本、小型化滤波器的设计依然是未来通信技术极富研究价值的领域。随着无线通信系统的需求增加、通信技术升级、物联网设备发展，高性能新型滤波器的设计面临着许多挑战，未来滤波器必须同时满足尺寸小、品质因数高、带宽宽等优点，为此，我们提出一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，包括中间金属层、两个用于稳定空气间隙的馈电介质层组件及两个人工磁导体组件，所述中间金属层的中心位置刻蚀有两个用于耦合的矩形窗，两个馈电介质层组件分别贴合在中间金属层上下两侧，且两个馈电介质层组件沿中间金属层竖向中心轴线对称布设；

3、两个所述人工磁导体组件分别贴合在上下两个馈电介质层组件上，人工磁导体组件沿中间金属层横向中心轴线对称布设，且人工磁导体组件与中间金属层形成空气间隙，用于电磁波传播。

4、进一步地，所述馈电介质层组件包括两个贴合在中间金属层侧壁上的馈电介质板，两个馈电介质板之间形成空气间隙，且其中一个馈电介质板上设置有微带滤波器结构。

5、进一步地，所述微带滤波器结构依次包括介质微带、空气微带过渡段、四分之一波长阻抗变换器和三角形阶梯阻抗谐振器，所述四分之一波长阻抗变换器和三角形阶梯阻抗谐振器下方均连接有接地的金属柱。

6、进一步地，所述介质微带贴合在馈电介质板的平面上，介质微带为五十欧姆微带馈电线，四分之一波长阻抗变换器和三角形阶梯阻抗谐振器均位于空气间隙内。

7、进一步地，所述空气微带过渡段设置为四段总长2mm的微带线，每段微带线的长度相等，且宽度逐渐增大，且空气微带过渡段的中心位置与馈电介质板边缘对齐。

8、进一步地，所述人工磁导体组件包括金属接地板，所述金属接地板的侧面贴合有介质基板，所述介质基板上阵列有若干蘑菇状电磁带隙结构，且介质基板中心设置有腔体谐振器，腔体谐振器的谐振频率由腔体尺寸决定。

9、进一步地，所述蘑菇状电磁带隙结构包括金属贴片，所述金属贴片中心位置开设有金属过孔，且金属过孔贯穿介质基板与金属接地板连接。

10、进一步地，所述微带滤波器结构的数量为两个，其中一个微带滤波器中的介质微带和空气微带过渡段作为输入端口，另一个微带滤波器中的介质微带和空气微带过渡段作为输出端口。

11、进一步地，所述中间金属层、两个馈电介质层组件及两个人工磁导体组件之间通过塑料螺丝进行固定，且相邻结构之间相互贴合。

12、进一步地，所述馈电介质板背面印刷有馈电微带线，馈电微带线边缘与微带滤波器结构重合。

13、本发明至少具备以下有益效果：

14、1、本发明设计结构巧妙，易于加工，成本低，节约了额外的封装；同时，印刷脊间隙波导的引入使得微带线谐振器本身尺寸更加紧凑。

15、2、本发明拓宽了印刷脊间隙波导的应用思路，考虑到水平空间小型化，将载有两个矩形腔体谐振器的印刷脊间隙波导垂直堆叠放置，而不是通过平行级联的形式，减小了水平空间的体积；考虑到无载品质因数q，在外部阵列蘑菇状电磁带隙结构，能够有效降低电磁泄露，同时采用微带馈电的方式来增强耦合来提高qe；

16、3、本发明考虑到宽带宽或者多频带，在开路微带的末端采用了阶梯阻抗谐振器结构，设计能够灵活独立控制的谐振点，通过在公共的矩形金属板上开矩形窗口，来耦合谐振点形成宽频带，最终，谐振点可以通过矩形腔的长宽、矩形窗的长宽、矩形窗之间的距离、阶梯阻抗谐振器共同决定。

17、4、结合印刷脊间隙波导的特点，该滤波器具有宽频带、低损耗、体积小的特点，且易于加工，性能稳定，易于与其他微波以及毫米波电路进行系统集成，在未来微波毫米波通信电路中有着广阔的应用。

18、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，包括中间金属层(1)、两个用于稳定空气间隙(22)的馈电介质层组件(2)及两个人工磁导体组件(3)，其特征在于，所述中间金属层(1)的中心位置刻蚀有两个用于耦合的矩形窗(4)，两个馈电介质层组件(2)分别贴合在中间金属层(1)上下两侧，且两个馈电介质层组件(2)沿中间金属层(1)竖向中心轴线对称布设；

2.根据权利要求1所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述馈电介质层组件(2)包括两个贴合在中间金属层(1)侧壁上的馈电介质板(21)，两个馈电介质板(21)之间形成空气间隙(22)，且其中一个馈电介质板(21)上设置有微带滤波器结构(23)。

3.根据权利要求2所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述微带滤波器结构(23)依次包括介质微带(231)、空气微带过渡段(232)、四分之一波长阻抗变换器(233)和三角形阶梯阻抗谐振器(234)，所述四分之一波长阻抗变换器(233)和三角形阶梯阻抗谐振器(234)下方均连接有接地的金属柱。

4.根据权利要求3所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述介质微带(231)贴合在馈电介质板(21)的平面上，介质微带(231)为五十欧姆微带馈电线，四分之一波长阻抗变换器(233)和三角形阶梯阻抗谐振器(234)均位于空气间隙(22)内。

5.根据权利要求4所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述空气微带过渡段(232)设置为四段总长2mm的微带线，每段微带线的长度相等，且宽度逐渐增大，且空气微带过渡段(232)的中心位置与馈电介质板(21)边缘对齐。

6.根据权利要求4所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述人工磁导体组件(3)包括金属接地板(31)，所述金属接地板(31)的侧面贴合有介质基板(32)，所述介质基板(32)上阵列有若干蘑菇状电磁带隙结构(33)，且介质基板(32)中心设置有腔体谐振器(34)，腔体谐振器(34)的谐振频率由腔体尺寸决定。

7.根据权利要求6所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述蘑菇状电磁带隙结构(33)包括金属贴片(331)，所述金属贴片(331)中心位置开设有金属过孔(332)，且金属过孔(332)贯穿介质基板(32)与金属接地板(31)连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述微带滤波器结构(23)的数量为两个，其中一个微带滤波器中的介质微带(231)和空气微带过渡段(232)作为输入端口(5)，另一个微带滤波器中的介质微带(231)和空气微带过渡段(232)作为输出端口(6)。

9.根据权利要求8所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述中间金属层(1)、两个馈电介质层组件(2)及两个人工磁导体组件(3)之间通过塑料螺丝进行固定，且相邻结构之间相互贴合。

10.根据权利要求8所述的一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，其特征在于：所述馈电介质板(21)背面印刷有馈电微带线，馈电微带线边缘与微带滤波器结构(23)重合。

技术总结
本发明公开了一种基于印刷脊间隙波导的垂直耦合宽带滤波器，涉及毫米波传输技术领域。本发明包括中间金属层、两个用于稳定空气间隙的馈电介质层组件及两个人工磁导体组件，所述中间金属层的中心位置刻蚀有两个用于耦合的矩形窗，两个馈电介质层组件分别贴合在中间金属层上下两侧，且两个馈电介质层组件沿中间金属层竖向中心轴线对称布设。本发明通过在印刷脊间隙波导中间移除电磁带隙结构形成谐振腔，并与微带谐振器结合，通过垂直堆叠的方式耦合，具有低损耗、小型化、宽频带的特点，拓展了印刷脊间隙波导的更多可能性，改善带通滤波器的性能，且易于与其他电路进行系统集成，在未来毫米波通信传输中有着广阔的应用。

技术研发人员：胡笑君,李维勇,顾艳华,石伟萍,林畅
受保护的技术使用者：南京信息职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26