上下对应、位置吻合，共同组成 第二完整耦合缝隙328 ;上介质集成波导谐振器4的第三耦合缝隙33与下介质集成波导谐 振器5的第三耦合缝隙上下对应、位置吻合，共同组成第三完整耦合缝隙339 ;上介质集成 波导谐振器4的第四耦合缝隙34与下介质集成波导谐振器5的第四耦合缝隙上下对应、位 置吻合，共同组成第四完整耦合缝隙344 ;上介质集成波导谐振器4的第五耦合缝隙35与 下介质集成波导谐振器5的第五耦合缝隙上下对应、位置吻合，共同组成第五完整耦合缝 隙345 ;上介质集成波导谐振器4的第六耦合缝隙36与下介质集成波导谐振器5的第六耦 合缝隙上下对应、位置吻合，共同组成第六完整耦合缝隙346。
[0033] 在上述结构中，介质集成波导与微带线的转换结构12的长度、介质集成波导谐振 腔的大小以及耦合缝隙的尺寸均可以调节，其调节值根据不同频率、不同响应带宽和不同 介质板等具体参数来确定。
[0034] 图5展示了本发明的滤波器在共模信号激励下的电场分布图，可以清楚地看到， 由于共模信号激励时该滤波器的对称线等效为磁壁，介质集成波导谐振腔的一侧等效为开 路，无法形成谐振，因此输入端（即端口 1和端口 1'）输入的共模信号无法通过该滤波器传 输至输出端（即端口 2和端口 2'），对共模信号起到了较好的抑制。图6则展示了本发明 的滤波器在差模信号激励下的电场分布图，可以清楚地看到，由于差模信号激励时该滤波 器的对称线等效为电壁，介质集成波导谐振器的四周均短接到地，可以形成谐振，并将由输 入端（即端口 1和端口 1'）输入的差分信号传输至输出端（即端口 2和端口 2'），实现对 差模信号的传输和滤波。
[0035] 在差模信号激励下的谐振频率可以由下式计算得到：
[0037] 其中y为真空中的磁常数，e为真空中的电常数，，m和n为正整数，w为介质集 成波导谐振腔的宽度，1为介质集成波导谐振腔的长度。
[0038] 图7中绘出了本发明的滤波器在差模信号激励下的响应带宽随耦合缝隙w。的变 化曲线。可以看到，随着w。的增大，滤波器的带宽逐渐减小。同时，可以从图中看出，由于 本发明采用的堆叠式介质集成波导谐振器具有非常高的Q值，根据公式（2)可以很容易地 设计出带宽非常窄的窄带滤波器。
[0040] 其中&和g i为滤波器原型的元器件值，f。和BW则分别是滤波器差模响应通带的 中心频率和带宽。
[0041] 同时，由于本发明采用的新型堆叠式结构，使得滤波器各谐振腔之间的耦合不再 是平面化的耦合方式，而是通过上下两个谐振腔之间的耦合缝隙实现的，很大程度上减小 了滤波器的尺寸，实现了小型化的设计目标。
[0042] 下面给出本发明滤波器的具体参数：
[0043] 本发明的滤波器采用的介质基板2为R〇gers5880,其相对介电常数为2. 2,厚度为 0. 254mm，正切损耗角大小为0. 0009。第一微带线13、第二微带线14的线宽w。均为0. 8mm， 金属化过孔的直径d为1mm，孔间距g为0. 8mm，谐振器谐振腔的长度1为18mm，谐振腔宽度 w为14mm，作为介质集成波导与微带线的转换结构12的微带线导带与金属贴片11之间的 缝隙宽度s为0? 15mm，缝隙长度1。为3. 5mm，六个耦合缝隙的宽度w。均为0? 6mm，第二耦合 缝隙32和第五耦合缝隙35的长度Iel均为2mm，第一耦合缝隙31、第三耦合缝隙33、第四 耦合缝隙34和第六耦合缝隙36的长度1。 2均为4mm。
[0044] 本发明的滤波器的频率响应如图8所示。从图中可以看出，差模信号激励下的 响应非常优异，中心频率位于13. 25GHz处，最小插入损耗为0. 3dB，最大回波损耗优于 25dB，且其具有非常优异的频率选择特性和带外抑制能力；共模信号激励下的频率响应同 样十分的优秀，在IOGHz至20GHz的宽带范围带实现了大于35dB的共模噪声抑制，能够 较好的满足现代通信、医疗、甚至军用设备的需求。本实例整体尺寸十分小巧紧凑，约为 14X ISmm2(0. 93 A。2)，与未采用本发明中提出的堆叠式耦合谐振方法的基于介质集成波导 的模型相比，整体尺寸减小了约50%。
[0045] 综上所述，本发明提供的一种基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器 具有高Q值、高功率容量、损耗小、匹配优、差模信号滤波性能好、共模信号抑制能力强、尺 寸小和成本低等优点，对于各频段雷达、通信设备及未来高速率无线通信均具有广阔的应 用前景，特别是对重量、性能、尺寸等有苛刻要求的通信系统而言，是提高信噪比、优化通信 质量的首选无源射频器件之一。
【主权项】
1. 一种基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征在于：包括两个结 构相同、上下反向堆叠的介质集成波导谐振器，两者的金属接地层重合，通过设于金属接地 层上的耦合缝隙实现信号的耦合，且两者关于滤波器的中心对称；介质集成波导谐振器包 括介质基板和设于介质基板上下表面的金属层与金属接地层，金属层包括位于中间的金属 贴片，金属贴片的一边通过介质集成波导与微带线的转换结构连接第一微带线和第二微带 线，介质基板中贯穿设有一圈连接金属贴片与金属接地层的金属化过孔，金属贴片、金属化 过孔和金属接地层共同围成介质集成波导谐振腔。2. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述介质集成波导与微带线的转换结构为微带线导带与金属贴片之间的缝隙。3. 根据权利要求2所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述微带线导带与金属贴片之间缝隙的宽度s为0. 15_，缝隙的长度1。为3. 5_。4. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述金属贴片的形状为轴对称图形，所述第一微带线与第二微带线关于金属贴片的 对称轴对称。5. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述每个介质集成波导谐振器的耦合缝隙的个数为六个，形状均为矩形，其中，第一 耦合缝隙、第二耦合缝隙和第三耦合缝隙为一组，第四耦合缝隙、第五耦合缝隙和第六耦合 缝隙为另一组，第一耦合缝隙与第六耦合缝隙、第二耦合缝隙与第五耦合缝隙以及第三耦 合缝隙与第四耦合缝隙分别关于金属接地层对称轴对称，且第一耦合缝隙与第三耦合缝隙 关于第二耦合缝隙对称，第四耦合缝隙与第六耦合缝隙关于第五耦合缝隙对称；两个介质 集成波导谐振器的耦合缝隙上下两两对应、位置吻合。6. 根据权利要求5所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述六个耦合缝隙的宽度均为〇.6mm，第二耦合缝隙和第五耦合缝隙的长度1。:均 为2mm，第一耦合缝隙、第三耦合缝隙、第四耦合缝隙和第六耦合缝隙的长度1。 2均为4mm。7. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述金属贴片的形状为矩形。8. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述两个介质集成波导谐振器中，一个介质集成波导谐振器的第一微带线与第二微 带线均作为信号的输入端口，另一个介质集成波导谐振器的第一微带线与第二微带线均作 为信号的输出端口。9. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特征 在于：所述介质基板的相对介电常数为2. 2,厚度为0. 254mm，正切损耗角大小为0. 0009。10. 根据权利要求1所述的基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，其特 征在于：所述第一微带线与第二微带线的线宽w。均为0. 8_，金属化过孔的直径d为1_， 金属化过孔的间距g为0. 8mm，介质集成波导谐振腔的长度1为18mm，介质集成波导谐振腔 的宽度w为14mm。
【专利摘要】本发明公开了一种基于堆叠式介质集成波导的小型化差分带通滤波器，它包括两个结构相同、上下反向堆叠的介质集成波导谐振器，两者的金属接地层重合，通过设于金属接地层上的耦合缝隙实现信号的耦合，且两者关于滤波器的中心对称；介质集成波导谐振器包括介质基板和设于介质基板上下表面的金属层与金属接地层，金属层包括位于中间的金属贴片，金属贴片的一边通过介质集成波导与微带线的转换结构连接第一微带线和第二微带线，介质基板中贯穿设有一圈连接金属贴片与金属接地层的金属化过孔，金属贴片、金属化过孔和金属接地层共同围成介质集成波导谐振腔。本发明的滤波器具有Q值高、差模信号滤波性能好、共模信号抑制能力强、尺寸小和成本低等优点。
【IPC分类】H01P1/203
【公开号】CN105161805
【申请号】CN201510512587
【发明人】王辉, 杨怡, 傅军, 任志宏, 蒋锴, 何加浪
【申请人】中国电子科技集团公司第二十八研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月19日