专利名称：低插入损耗、高选择特性定向滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可应用于微波毫米波单片电路、微波毫米波集成电路设计的
多工滤波器，它在微波毫米波无线通信、卫星通信、电子对抗、测试仪表等系统中有着广泛的应用。
背景技术：
微波多工滤波器是用来把覆盖以较大频率范围的信号频谱分开成为某几个频率范围的微波器件。微波多工器的主要性能指标为信道隔离度和信道差损。多工器的设计问题是微波工程中常遇到的问题，乍看起来，好像困难不大，直接用若干带通滤波器连接在一起即可。但是实际上，由于滤波器之间的相互作用，会使器件性能变差，直至不能工作。[0003] 定向滤波器是一个四端口器件，两个输入端口之间始终保持良好的隔离度。当信号从一个输入端口进入时， 一个输出端口的频率响应特性为带通滤波器，另外一个输出端口的频率响应特性为带阻滤波器。在各种定向滤波器中，适合平面电路设计且具有较好性能的一类是回路定向滤波器。该定向滤波器由若干个定向耦合器和整数倍波长的回路构成。每一回路即为一环形谐振器，谐振频率为所需要的工作频率。增加回路的数目，可改善定向滤波器的选择性，但以增大定向滤波器的插入损耗为代价；将多个定向滤波器直接级联，良好的隔离度使得它们之间几乎无影响，可以实现高性能的多工器。 基片集成波导不仅具有平面化的电路结构，同时具有低损耗、低互耦、高Q值的特性，因此可以用来设计高性能的定向滤波器。
发明内容技术问题本实用新型的目的是提高一种低插入损耗、高选择特性定向滤波器，使其能直接与射频电路相集成，具有低插入损耗、高选择特性、低加工成本、易于大批量生产等特点。 技术方案本实用新型的低插入损耗、高选择特性定向滤波器为双回路定向滤波器，包括上层金属敷铜面、下层金属敷铜面分别位于介质基片的正反两侧，金属化通孔穿过介质基片与上层金属敷铜面、下层金属敷铜面相连接形成第一基片集成波导定向耦合器、第二基片集成波导定向耦合器、第三基片集成波导定向耦合器、第一基片集成波导回路、第二基片集成波导回路；其中，第一基片集成波导回路、第二基片集成波导回路分别为由金属化通孔围成的长方形，在第一基片集成波导回路、第二基片集成波导回路的中间和外侧分别设有两排金属化通孔，第一基片集成波导定向耦合器位于第一基片集成波导回路外与第一基片集成波导回路内的两排金属化通孔之间；第二基片集成波导定向耦合器位于第一基片集成波导回路内与第二基片集成波导回路内的两排金属化通孔之间；第三基片集成波导定向耦合器位于第二基片集成波导回路内与第二基片集成波导回路外的两排金属化通孔之间；基片集成波导定向耦合器的第一个输入口接基片集成波导定向滤波器第一输入端口、基片集成波导定向耦合器的第一个输出口接基片集成波导定向滤波器的第一输出端口 ，基片集成波导定向耦合器的第一个输入口接基片集成波导定向滤波器第二输入端口 ，基片集成波导定向耦合器的第二个输出口接基片集成波导定向滤波器的第二输出端口。[0007] 第一基片集成波导回路和第二基片集成波导回路的中心线长度应为基片集成波导的波导波长的整数倍；在第一基片集成波导回路和第二基片集成波导回路的每一个90°拐角处均设有一感性金属杆以实现良好的匹配。 第一输入端口和第二输入端口始终保持很好的隔离度；当基片集成波导定向滤波器工作于工作频带内时，从第一输入端口馈电，信号依次经过基片集成波导定向耦合器一、基片集成波导回路一、基片集成波导定向耦合器二、基片集成波导回路二、基片集成波导定向耦合器三，最终全部从第二输出端口输出，而第一输出端口无输出；当基片集成波导定向滤波器工作于工作频带外时，从第一输入端口馈电，信号只能经过基片集成波导定向耦合器一、基片集成波导回路一、基片集成波导定向耦合器二，无法进入基片集成波导回路二、基片集成波导定向耦合器三，最终全部从第一输出端口输出，而第二输出端口无输出。[0009] 有益效果本实用新型具有以下优点 1 :)根据设计指标，能准确设计出具有带通和带阻滤波器频率相应特性的四端口网络。
2 :)增加回路的数目，可有效地改善定向滤波器的选择特性。 3 :)将多个不同工作频段的定向滤波器直接级联，可实现高性能多工器，这些定向滤波器之间不会互相影响，便于设计和实现。
4 :)插入损耗低、电路互耦小、Q值高，能实现高性能滤波特性。 5 :)以平面电路的形式工作于微波毫米波频段，通过普通PCB工艺制作于介质基片上，具有有源电路集成方便，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产等优点。与金属波导等立体结构实现的电路相比，性能接近，体积小、重量轻、加工简便。
图1是本实用新型基片集成波导定向滤波器的剖面结构示意图， 图2是本实用新型基片集成波导定向滤波器的平面结构示意图， 以上的图中有上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2、介质基片3、金属化通孔4、
第一基片集成波导定向耦合器51、第二基片集成波导定向耦合器52、第三基片集成波导定
向耦合器53、第一基片集成波导回路61、第二基片集成波导回路62、第一输入端口 71、第一
输出端口 72、第二输入端口 73、第二输出端口 74、感性金属杆8。
具体实施方式本实用新型中的低插入损耗、高选择特性定向滤波器为双回路定向滤波器，上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2分别位于介质基片3的正反两侧，金属化通孔4穿过介质基片3与上层金属敷铜面1、下层金属敷铜面2相连接形成第一基片集成波导定向耦合器51、第二基片集成波导定向耦合器52、第三基片集成波导定向耦合器53、第一基片集成波导回路61、第二基片集成波导回路62 ;其中，第一基片集成波导回路61、第二基片集成波导回路62分别为由金属化通孔4围成的长方形，在第一基片集成波导回路61、第二基片集成波导回路62的中间和外侧分别设有两排金属化通孔4，第一基片集成波导定向耦合器51
4位于第一基片集成波导回路61外与第一基片集成波导回路61内的两排金属化通孔之间；
第二基片集成波导定向耦合器52位于第一基片集成波导回路61内与第二基片集成波导回路62内的两排金属化通孔之间；第三基片集成波导定向耦合器53位于第二基片集成波导回路62内与第二基片集成波导回路62外的两排金属化通孔之间；基片集成波导定向耦合器51的第一个输入口接基片集成波导定向滤波器第一输入端口 71、基片集成波导定向耦合器51的第一个输出口接基片集成波导定向滤波器的第一输出端口 72，基片集成波导定向耦合器53的第一个输入口接基片集成波导定向滤波器第二输入端口 73，基片集成波导定向耦合器53的第二个输出口接基片集成波导定向滤波器的第二输出端口 74。第一基片集成波导回路61和第二基片集成波导回路62的中心线长度应为基片集成波导的波导波长的整数倍；在第一基片集成波导回路61和第二基片集成波导回路62的每一个90°拐角处均设有一感性金属杆8以实现良好的匹配。 第一基片集成波导定向耦合器51、第二基片集成波导定向耦合器52、第三基片集成波导定向耦合器53的耦合系数可根据所需工作频率、相对带宽、滤波特性来确定，方法如下 首先根据设计指标确定低通原型滤波器的形式和参数g。，gl，…，g^，和"i。中心工作频率为f。，绝对带宽为W (从f工至f2)，有乂+/2 /0 =
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(1)
(2)
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(3)
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(4)
则每个定向耦合器的电压耦合系数Q1
(5)
可被计算出:
(6)
(7)
(8) 其中，Ag是基片集成波导波导波长，A是该结构中的工作波长。 第一基片集成波导回路61、第二基片集成波导回路62的中心线长度设定为基片
集成波导的波导波长整数倍，n是回路中心线长度与波导波长的比值。 本设计实例选用双回路结构，以得到更好的选择性。工作频率设定为12GHz，带宽
5为250MHz， n = 6，基片选用Rogers Duroid 5880，其介质常数为2. 2，厚度为0. 254mm。低通原型滤波器选择巴特沃斯型，其相应的参数选择如下g。 = g3 = 1， gl = g2 = 1. 414，利用式(1)-(8)，可以得到基片集成波导定向耦合器51、基片集成波导定向耦合器53的电压親合系数Cm = C23 = 0.8195，基片集成波导定向耦合器52的电压耦合系数(:12 = 0. 5055。基片集成波导定向耦合器51、基片集成波导定向耦合器53为3. 46dB的强耦合器，故采用连续耦合的形式来实现；基片集成波导定向耦合器52为11. 85dB的中等强度滤波器，故采用多段耦合的形式来实现。 实测时，基片集成波导定向滤波器的中心频率出现60MHz的频偏，为11. 94GHz。在250MHz的工作频段内，插入损耗低于3. 2dB(最小插损为1. 5dB)，反射系数小于-21. 7dB，隔离度均优于17. 8dB。
权利要求一种低插入损耗、高选择特性定向滤波器，其特征在于上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两侧，金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接形成第一基片集成波导定向耦合器(51)、第二基片集成波导定向耦合器(52)、第三基片集成波导定向耦合器(53)、第一基片集成波导回路(61)、第二基片集成波导回路(62)；其中，第一基片集成波导回路(61)、第二基片集成波导回路(62)分别为由金属化通孔(4)围成的长方形，在第一基片集成波导回路(61)、第二基片集成波导回路(62)的中间和外侧分别设有两排金属化通孔(4)，第一基片集成波导定向耦合器(51)位于第一基片集成波导回路(61)外与第一基片集成波导回路(61)内的两排金属化通孔之间；第二基片集成波导定向耦合器(52)位于第一基片集成波导回路(61)内与第二基片集成波导回路(62)内的两排金属化通孔之间；第三基片集成波导定向耦合器(53)位于第二基片集成波导回路(62)内与第二基片集成波导回路(62)外的两排金属化通孔之间；基片集成波导定向耦合器(51)的第一个输入口接基片集成波导定向滤波器第一输入端口(71)、基片集成波导定向耦合器(51)的第一个输出口接基片集成波导定向滤波器的第一输出端口(72)，基片集成波导定向耦合器(53)的第一个输入口接基片集成波导定向滤波器第二输入端口(73)，基片集成波导定向耦合器(53)的第二个输出口接基片集成波导定向滤波器的第二输出端口(74)。
2. 根据权利要求1所述的低插入损耗、高选择特性定向滤波器，其特征为第一基片集 成波导回路(61)和第二基片集成波导回路(62)的中心线长度应为基片集成波导的波导波 长的整数倍；在第一基片集成波导回路(61)和第二基片集成波导回路(62)的每一个90。 拐角处均设有一感性金属杆(8)以实现良好的匹配。
专利摘要低插入损耗、高选择特性定向滤波器涉及一种可应用于微波毫米波单片电路、微波毫米波集成电路设计的多工滤波器，它在微波毫米波无线通信、卫星通信、电子对抗、测试仪表等系统中有着广泛的应用。该滤波器上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)分别位于介质基片(3)的正反两侧，金属化通孔(4)穿过介质基片(3)与上层金属敷铜面(1)、下层金属敷铜面(2)相连接形成第一基片集成波导定向耦合器(51)、第二基片集成波导定向耦合器(52)、第三基片集成波导定向耦合器(53)、第一基片集成波导回路(61)、第二基片集成波导回路(62)；使其能直接与射频电路相集成，具有低插入损耗、高选择特性、低加工成本、易于大批量生产等特点。
文档编号H01P5/18GK201498577SQ20092023580
公开日2010年6月2日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者洪伟, 程钰间 申请人:东南大学