一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的制作方法

本发明涉及微波无源器件技术领域，尤其涉及一种采用双层圆形贴片的多零点平衡滤波器。

背景技术：

平衡电路具有很强的抗环境噪声和电磁干扰的能力，因此在现代通信系统的研究因文献1[q.liu,j.wang,g.zhang,l.zhuandw.wu,“anewdesignapproachforbalancedbandpassfiltersonright-angledisoscelestriangularpatchresonator,”ieeemicro.wirelesscompon.lett.,vol.29,no.1,pp.5-7,dec.2018.]的提出而越来越受到重视。近年来，贴片因其成本低、体积小、易于与平面微波电路集成等优点，已被开发用于高性能微波器件的设计。因此，由贴片谐振器组成的平衡通带滤波器被发表于文献2[a.m.abbosh,“ultrawidebandbalancedbandpassfilter,”ieeemicro.wirelesscompon.lett.,vol.21,no.9,pp.480-482,sept.2011.]、文献3[n.andv.c.bengin,“balancedbandpassfilterbasedonsquarepatchresonators,”telecomm.mod.sate.cablebroad.serv.,vol.,no.,pp.,oct.2015.]、文献4[s.y.zheng,r.t.wuandz.w.liu.“abalancedbandpassfilterwithtwotransmissionzerosbasedonsquarepatchresonators,”ieeeintern.confer.onubiquit.wire.broad.,vol.,no.,pp.,oct.2016.]和文献5[q.liu,j.wangandy.he,“compactbalancedbandpassfilterusingisoscelesrighttriangularpatchresonator,”electron.lett.,vol.53,no.4,pp.253-254,feb2017.]

在文献2[a.m.abbosh,“ultrawidebandbalancedbandpassfilter,”ieeemicro.wirelesscompon.lett.,vol.21,no.9,pp.480-482,sept.2011.]中采用宽耦合结构设计了具有超宽带性能的平衡带通滤波器。该装置采用三层横向耦合结构。该结构的顶层和底层包含锥形贴片谐振器。本设计虽然带宽较宽，但由于采用了宽耦合结构导致了回波损耗大于10db，且结构复杂。

在文献3[n.andv.c.bengin,“balancedbandpassfilterbasedonsquarepatchresonators,”telecomm.mod.sate.cablebroad.serv.,vol.,no.,pp.,oct.2015.]和文献4[s.y.zheng,r.t.wuandz.w.liu.“abalancedbandpassfilterwithtwotransmissionzerosbasedonsquarepatchresonators,”ieeeintern.confer.onubiquit.wire.broad.,vol.,no.,pp.,oct.2016.]中提出了一种由矩形槽的方形贴片谐振器构成的平衡带通滤波器。将两个端口位置合适的方形贴片谐振器级联在同一平面上，实现双模差分带通滤波器，但电路尺寸过大。

在文献5[q.liu,j.wangandy.he,“compactbalancedbandpassfilterusingisoscelesrighttriangularpatchresonator,”electron.lett.,vol.53,no.4,pp.253-254,feb2017.]和文献6[q.liu,j.wang,l.zhu,g.zhang,f.huangandw.wu,“anewbalancedbandpassfilterwithimprovedperformanceonright-angledisoscelestriangularpatchresonator,”ieeemicro.theorytechni.,vol.66,no.11,pp.4803-4813，nov.2018.]中提出了一种基于等腰三角贴片谐振腔的紧凑平衡带通滤波器。采用四个三角形块的放置形成一个正方形，使电路的尺寸减小，但是电路的规模增加了一倍。

文献6[q.liu，j.wang，l.zhu，g.zhang，f.huangandw.wu，“anewbalancedbandpassfilterwithimprovedperformanceonright-angledisoscelestriangularpatchresonator，”ieeemicro.theorytechni.，vol.66，no.11，pp.4803-4813，nov.2018.]构建了一个改进的三角形贴片，一个电壁，两个磁壁，文献5[q.liu,j.wangandy.he,“compactbalancedbandpassfilterusingisoscelesrighttriangularpatchresonator,”electron.lett.,vol.53,no.4,pp.253-254,feb2017.]中没有尺寸过大的问题。在上面的文章中，使用了正方形的贴片或者形成正方形的三角形的贴片，但是对于圆形的贴片没有研究。

所有的文献中都使用了贴片谐振器的tm11模式，对其他模型没有研究，这种模式只能用于较低频率，若频率增大到一定程度，则模型会被缩小到无法加工的尺寸。

技术实现要素：

本发明提供了一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器，以解决现有技术均使用贴片谐振器的tm11模式，对其他模型没有研究，而这种模式只能用于较低频率，若频率增大到一定程度，则模型会被缩小到无法加工的尺寸。

本发明实施例提供一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器，包括上层介质基板和下层介质基板；

所述上层介质基板下表面设有金属接地板，所述上层介质基板上表面设有第一圆形贴片、第一输入端口馈线、第二输入端口馈线、上表面第一槽线和上表面第二槽线；

所述金属接地板设于下层介质基板上表面，所述下层介质基板下表面设有第二圆形贴片、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线、下表面第一槽线和下表面第二槽线。

进一步地，在一种实现方式中，所述上层介质基板为上下表面是相同正方形的长方体，所述下层介质基板与上层介质基板形状相同，且所述下层介质基板与上层介质基板关于金属接地板上下对称；

所述第一圆形贴片的圆心与上层介质基板的中心点一致，所述第二圆形贴片的圆心与下层介质基板中心点一致，所述第一圆形贴片的圆心与第二圆形贴片的圆心所在直线垂直于上层介质基板上表面所在平面和下层介质基板上表面所在平面。

进一步地，在一种实现方式中，所述第一输入端口馈线包括第一输入微带导带，所述第一输入微带导带一端延伸至上层介质基板的第一侧边，另一端延伸至所述第一圆形贴片的侧边，所述第一输入微带导带两端所在直线垂直于第一侧边所在直线，所述第一圆形贴片的圆心在第一输入微带导带两端所在直线上；

所述第二输入端口馈线包括第二输入微带导线，所述第二输入微带导线一端延伸至上层介质基板的第二侧边，另一端延伸至所述第一圆形贴片的侧边，所述第二输入端口馈线两端所在直线垂直于第二侧边所在直线，所述第一圆形贴片的圆心在第二输入端口馈线两端所在直线上；所述第一侧边与所述第二侧边互相垂直。

进一步地，在一种实现方式中，所述第一输入端口馈线两端所在直线与第二输入端口馈线两端所在直线垂直，所述第一输入端口馈线两端所在直线与第二输入端口馈线两端所在直线相交于第一圆形贴片的圆心。

进一步地，在一种实现方式中，所述第一输出端口馈线包括第一输出微带导带，所述第一输出微带导带一端延伸至下层介质基板的第三侧边，另一端延伸至所述第二圆形贴片的侧边，所述第一输出微带导带两端所在直线垂直于第三侧边所在直线，所述第二圆形贴片的圆心在第一输出微带导带两端所在直线上；

所述第二输出端口馈线包括第二输出微带导线，所述第二输出微带导线一端延伸至下层介质基板的第四侧边，另一端延伸至所述第二圆形贴片的侧边，所述第二输出微带导线两端所在直线垂直于第四侧边，所述第二圆形贴片的圆心在第二输出微带导线两端所在直线上；

所述第三侧边与第四侧边互相垂直。

进一步地，在一种实现方式中，所述第一输出微带导带两端所在直线与第二输出微带导线两端所在直线垂直，所述第一输出微带导带两端所在直线与第二输出微带导线两端所在直线相交于第二圆形贴片的圆心。

进一步地，在一种实现方式中，所述第一输入端口馈线两端所在直线与第二输入端口馈线两端所在直线垂直，相交于上层介质基板的中点，所述上表面第一槽线和上表面第二槽线位于上层介质基板对角线a1a2上，所述第一输入端口馈线与第二输入端口馈线分别位于角线a1a2两侧。

进一步地，在一种实现方式中，所述第一输出端口馈线两端所在直线与第二输出端口馈线两端所在直线垂直，相交于下层介质基板的中点，所述下表面第一槽线和下表面第二槽线位于下层介质基板对角线b1b2上，所述第一输出端口馈线与第二输出端口馈线分别位于对角线b1b2两侧。

进一步地，在一种实现方式中，所述金属接地板上设有第一地槽线、第二地槽线、第三地槽线和第四地槽线；

所述第一地槽线位于金属接地板中心线d1d2上，所述第三地槽线位于金属接地板中心线c1c2上，所述第一地槽线与第三地槽线关于金属接地板中心线d1d2轴对称；

所述第二地槽线位于金属接地板中心线d1d2上，第四地槽线位于金属接地板中心线c1c2上，所述第二地槽线与第四地槽线关于金属接地板中心线c1c2轴对称；

所述第一地槽线和第三地槽线的延长线与第二地槽线和第四地槽线的延长线相垂直，并相交于所述金属接地板中心点。

现有技术中，均使用贴片谐振器的tm11模式，对其他模型没有研究，而这种模式只能用于较低频率，若频率增大到一定程度，则模型会被缩小到无法加工的尺寸。而本发明利用圆形贴片谐振器的tm21模式来设计平衡通带滤波器，使无线通信系统中更高的频率可以被利用。与正方形相比，在相同的半径下，圆形拥有更小的面积(πr²<4r²)，并且圆形的简并模变化更加灵活。由于圆形贴片具有特定的边界条件，所提出的谐振器可以在保持tm21模式的同时，抑制tm01和tm11模式。在这种情况下，通过适当地建立两层贴片的耦合方案，构造了一个具有三个传输零点的二阶平衡带通滤波器。因此，相对于现有技术，利用圆形贴片tm01、tm11和tm21的谐振模式设计了双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器。另外，还能够利用贴片上的缝隙扰动来改变谐振频率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例部分提供的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的立体结构示意图；

图2是本发明实施例部分提供的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的平面结构示意图；

图3是本发明实施例部分提供的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的平面尺寸标注示意图；

图4是本发明实施例部分提供的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的波形图；

图5是本发明实施例部分提供的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的相位图；

其中，11-上层介质基板，12-下层介质基板，2-金属接地板，31-第一圆形贴片，32-第二圆形贴片，4-第一输入端口馈线，5-第二输入端口馈线，61-上表面第一槽线，62-上表面第二槽线，63-下表面第一槽线，64-下表面第二槽线，7-第一输出端口馈线，8-第二输出端口馈线，91-第一地槽线，92-第二地槽线，93-第三地槽线，94-第四地槽线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例公开一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器，应用于无线通信系统或雷达系统的前端滤波部分，并且由于其兼有平衡功能，所以又有着很强的抗环境噪声和电磁干扰功能。

如图1和图2所示，本实施例公开一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，包括上层介质基板11和下层介质基板12；

所述上层介质基板11下表面设有金属接地板2，所述上层介质基板11上表面设有第一圆形贴片31、第一输入端口馈线4、第二输入端口馈线5、上表面第一槽线61和上表面第二槽线62；

所述金属接地板2设于下层介质基板12上表面，所述下层介质基板12下表面设有第二圆形贴片32、第一输出端口馈线7、第二输出端口馈线8、下表面第一槽线63和下表面第二槽线64。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述上层介质基板11为上下表面是相同正方形的长方体，所述下层介质基板12与上层介质基板11形状相同，且所述下层介质基板12与上层介质基板11关于金属接地板2上下对称；

所述第一圆形贴片31的圆心与上层介质基板11的中心点一致，所述第二圆形贴片32的圆心与下层介质基板12中心点一致，所述第一圆形贴片31的圆心与第二圆形贴片32的圆心所在直线垂直于上层介质基板11上表面所在平面和下层介质基板12上表面所在平面。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述第一输入端口馈线4包括第一输入微带导带41，所述第一输入微带导带41一端延伸至上层介质基板11的第一侧边1101，另一端延伸至所述第一圆形贴片31的侧边，所述第一输入微带导带41两端所在直线垂直于第一侧边1101所在直线，所述第一圆形贴片31的圆心在第一输入微带导带41两端所在直线上；

所述第二输入端口馈线5包括第二输入微带导线51，所述第二输入微带导线51一端延伸至上层介质基板11的第二侧边1102，另一端延伸至所述第一圆形贴片31的侧边，所述第二输入端口馈线5两端所在直线垂直于第二侧边1102所在直线，所述第一圆形贴片31的圆心在第二输入端口馈线5两端所在直线上；所述第一侧边1101与所述第二侧边1102互相垂直。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述第一输入端口馈线4两端所在直线与第二输入端口馈线5两端所在直线垂直，所述第一输入端口馈线4两端所在直线与第二输入端口馈线5两端所在直线相交于第一圆形贴片31的圆心。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述第一输出端口馈线7包括第一输出微带导带71，所述第一输出微带导带71一端延伸至下层介质基板12的第三侧边1201，另一端延伸至所述第二圆形贴片32的侧边，所述第一输出微带导带71两端所在直线垂直于第三侧边1201所在直线，所述第二圆形贴片32的圆心在第一输出微带导带71两端所在直线上；

所述第二输出端口馈线8包括第二输出微带导线81，所述第二输出微带导线81一端延伸至下层介质基板12的第四侧边1202，另一端延伸至所述第二圆形贴片32的侧边，所述第二输出微带导线81两端所在直线垂直于第四侧边1202，所述第二圆形贴片32的圆心在第二输出微带导线81两端所在直线上；所述第三侧边1201与第四侧边1202互相垂直。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述第一输出微带导带71两端所在直线与第二输出微带导线81两端所在直线垂直，所述第一输出微带导带71两端所在直线与第二输出微带导线81两端所在直线相交于第二圆形贴片32的圆心。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述第一输入端口馈线4两端所在直线与第二输入端口馈线5两端所在直线垂直，相交于上层介质基板11的中点，所述上表面第一槽线61和上表面第二槽线62位于上层介质基板11对角线a1a2上，所述第一输入端口馈线4与第二输入端口馈线5分别位于角线a1a2两侧。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述第一输出端口馈线7两端所在直线与第二输出端口馈线8两端所在直线垂直，相交于下层介质基板12的中点，所述下表面第一槽线63和下表面第二槽线64位于下层介质基板12对角线b1b2上，所述第一输出端口馈线7与第二输出端口馈线8分别位于对角线b1b2两侧。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述金属接地板2上设有第一地槽线91、第二地槽线92、第三地槽线93和第四地槽线94；

所述第一地槽线91位于金属接地板2中心线d1d2上，所述第三地槽线93位于金属接地板2中心线c1c2上，所述第一地槽线91与第三地槽线93关于金属接地板2中心线d1d2轴对称；

所述第二地槽线92位于金属接地板2中心线d1d2上，第四地槽线94位于金属接地板2中心线c1c2上，所述第二地槽线92与第四地槽线94关于金属接地板2中心线c1c2轴对称；

所述第一地槽线91和第三地槽线93的延长线与第二地槽线92和第四地槽线94的延长线相垂直，并相交于所述金属接地板2中心点。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器中，所述上表面第一槽线61和上表面第二槽线62影响谐振模式tm21形成通带。tm01、tm11(一对简并模)和tm21(另一个简并模)形成4个传输零点。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀，从而形成所需的金属图案，结构简单，可在单片pcb板上实现，便于加工集成。同时，本设计不仅实现了平衡的功能，而且还实现了多零点滤波的功能，并且由于采用了圆形贴片，充分利用了电路空间，大大减小了电路体积。利用槽线影响贴片的谐振模式tm21，设计出具有良好共模抑制性能的多零点的平衡带通滤波器。下面对本发明作进一步详细描述。

本实施例所述的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。所采用的上层介质基板11和下层介质基板12的基质为ro4003c基质，相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图4，采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的各尺寸参数如下：r＝8.0mm，l1＝13mm，w1＝0.4mm，双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器不包括输入输出微带导带的总面积为16×16mm2，对应的导波长尺寸为0.65λg×0.65λg，其中λg为中心频率的波导的长度。

本实例采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器是在电磁仿真软件hfss.13.0中建模仿真的。图4是本实例中采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的s参数，从图中可以看出，采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的中心频率是6.5ghz和，3-db带宽为0.52ghz，通带内回波损耗低于30db，最小插入损耗为0.5db，共模抑制为40db。图5是本实例中采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的相位参数，可以看出通带内的相位差在180度左右。

综上所述，本实施例的一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器。利用圆形贴片tm01、tm11和tm21的谐振模式设计了双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器。另外，利用贴片上的缝隙扰动来改变谐振频率。该多零点带通平衡滤波器非常适用于现代无线通信系统。

本发明提供了一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。