高选择性宽抑制的微波滤波器及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信设备，雷达设备，测量仪器等技术领域，具体涉及高选择性宽抑制 的微波滤波器及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的快速发展，微波器件受到了越来越多的关注。不断出现的无 线通信系统应用对无线通信设备也提出了更高的要求，高性能、高可靠性、小型化、低成本 已成为新型无线通信电子设备的基本要求。微波滤波器是现代通信系统中的重要元件之 一，它起着选择信号的重要作用，它的性能的好坏直接关系到整个通信系统的质量。随着无 线通信系统的发展，频谱资源日益紧张，频率间的间隔越来越小，对滤波器也提出了更高的 要求。高选择性、小型化已成为微波滤波器的研究热点和难点之一，同时如何在较宽带频段 范围内抑制掉其它无线信号的干扰也是是一个难点。
[0003] 目前市面上常使用的腔体滤波器由于尺寸较大，只适合于较高的微波频段;基片 集成波导滤波器的尺寸相对于微波频段的低端而言，其尺寸比较大，仍只适合较高频段应 用;而LTCC滤波器也具有生产工艺复杂、通带内插损大、投片成本高等缺点。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供的高选择性宽抑制的微波滤波器及其设 计方法解决了传统实现高选择性滤波器需要较多阶数导致滤波器面积增大的问题。
[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 第一方面，提供一种高选择性宽抑制的微波滤波器，其包括通过导电胶粘和在一 起的PCB板和金属载板;PCB板包括介质基板，介质基板的上下表面均具有铜涂层;介质基板 上表面的铜涂层包括设置在介质基板两端的输入馈线和输出馈线，输入馈线与第一平行耦 合结构连接，输出馈线与第二平行耦合结构连接；
[0007] 第一平行耦合结构和第二平行耦合结构上均具有一缺陷结构;第一平行耦合结构 和第二平行耦合结构通过设置的两条滤波器馈线连接在一起;每条滤波器馈线上至少连接 有一个SIR谐振器;两条滤波器馈线上设置有与介质基板下表面铜涂层导通的金属过孔。
[0008] 第二方面，提供一种高选择性宽抑制的微波滤波器的设计方法，其包括以下步骤：
[0009] 获取微波滤波器的中心频率、PCB板的介质基板的相对介电常数和介质基板的厚 度；
[0010] 根据介质基板的相对介电常数和厚度，计算输入馈线和输出馈线的宽度：
[0013] 其中，Z。为馈线的特征阻抗，^为介质基板的相对介电常数，h为介质基板的厚度， 为等效介电常数;η为自由空间波阻抗，w为输入馈线或输出馈线的宽度；
[0014] 根据微波滤波器的中心频率计算SIR谐振器的尺寸：
[0016] 其中，lr为SIR谐振器尺寸，fo为微波滤波器的中心频率，c为真空中光速，er为介质 基板的相对介电常数；
[0017] 根据SIR谐振器的高低阻抗线的阻抗及阻抗比，计算高阻线电长度：
[0018] 92=a;rctan[Zi/(Z2tan9i)]
[0019] 其中，Θ:为低阻线电长度，θ2为高阻线电长度，ZjPZ^SIR谐振器的高低阻抗线的 特征阻抗；
[0020]由Chebyshev滤波器低通原型，计算出各个SIR谐振器之间的親合量；
[0022] 其中，πη,η为第i个SIR谐振器与第i+Ι个SIR谐振器之间的耦合量，FBW为微波滤波 器的相对带宽，gl为低通原型参数，η为SIR谐振器的个数，1 <i<n-l;
[0023] 在微波滤波器上加入缺陷结构，并根据微波滤波器的寄生通带设计缺陷结构的尺 寸；
[0024]采用三维电磁仿真对计算值输入馈线宽度、输出馈线宽度、谐振器的尺寸、高阻线 电长度、各个谐振器之间的耦合量和缺陷结构的尺寸进行优化；
[0025]当所有的计算值的频率响应等于设定值时，输出优化后的输入馈线宽度、输出馈 线宽度、谐振器的尺寸、高阻线电长度、各个谐振器之间的耦合量和缺陷结构的尺寸。
[0026] 与传统实现高选择性滤波器相比，本发明的有益效果为：
[0027] 1、本方案的微波滤波器由于采用了两个平行耦合结构作为设计单元，在固定滤波 器阶数的情况下增加量4个零点(两个内层零点和两个外层零点，在微波滤波器通带左右各 两个），解决了传统微带、共面波导等技术在微波频段由于Q值较低而导致选择性较差的问 题。
[0028] 2、由于采用了缺陷结构，在阻带额外引入了陷波频带，抑制了滤波器的寄生通带 的产生，从而大大扩宽了该滤波器带外抑制性能，使该微波滤波器具有较宽的带外抑制范 围（20dB带外抑制范围约四倍于中心频率4fo)。
[0029] 3、该微波滤波器结构简单紧凑，占用电路尺寸面积较小（为传统具有四个零点滤 波器面积的2/3)，本发明采用的两个平行耦合结构，在引入传输零点的同时并未增加额外 的电路面积，非常有利于小型化设计。
[0030] 4、由于该微波滤波器采用平面结构，易于与其他平面电路集成，其还具有结构简 单、加工成本低、制作周期短、加工方便，因而可以采用标准PCB加工工艺进行加工。
【附图说明】
[0031 ]图1为高选择性宽抑制的微波滤波器的PCB板的立体图。
[0032]图2为PCB板的俯视图。
[0033]图3为PCB板的仰视图。
[0034]图4为宽带响应(S参数)图；
[0035]图5为窄带响应(S参数）图。
[0036] 其中，1、介质基板;2、输入馈线；3、第一平行耦合结构；4、缺陷结构；5、滤波器馈 线;6、SIR谐振器;7、金属过孔;8、第二平行耦合结构;9、输出馈线9; 10、内层零点10; 11、外 层零点11。
【具体实施方式】
[0037]下面对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发 明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易 见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0038]该高选择性宽抑制的微波滤波器包括通过导电胶粘和在一起的PCB板和金属载 板;PCB板和金属载板通过导电胶粘和在一起吼，放入烤箱中烘烤2小时后取出，烘烤温度为 150°C，该温度在保证两者充分粘和的同时不会破坏金属载板。
[0039]金属载板的大小与微波滤波器的尺寸保持一致，其厚度设计为2mm，并且采用导电 性良好的铜质材料，同时其表面进行了镀金处理以保持良好的导电性以提供良好的接地效 果，镀金层的厚度为lum。使用时，金属载板可以作为公共地层为滤波器提供参考平面的同 时为滤波器提供物理支撑，方便微波滤波器的固定与测量。
[0040] 如图1、图2和图3所不，PCB板包括介质基板1，介质基板1的上下表面均具有铜涂 层；设计时，优选介质基板1采用低损耗Rogers5880，其介电常数为2.2,损耗角正切为 0.001，介质板厚度为0.254mm;介质基板1的上下表面的铜涂层的厚度设置为0.035mm，其 中，介质基板1上表面的铜涂层至覆盖介质基板1上表面的大部分，介质基板1下表面的铜涂 层覆盖介质基板1的整个表面。
[0041] 再次参考图1，介质基板1上表面的铜涂层包括设置在介质基板1两端的输入馈线2 和输出馈线9,输入馈线2和输出馈线9的尺寸完全相同，其中，输入馈线2和输出馈线9均采 用50欧姆微带线，输入馈线2和输出馈线9采用50欧姆微带线的主要目的是方便测量和易于 与其他电路连接。
[0042] 输入馈线2与第一平行耦合结构3连接，输出馈线9与第二平行耦合结构8连接;优 选第一平行耦合结构3和第二平行耦合结构8平行。第一平行耦合结构3和第二平行耦合结 构8上均具有一缺陷结构4;第一平行耦合结构3和第二平行耦合结构8通过设置的两条滤波 器馈线5连接在一起;每条滤波器馈线5上至少连接有一个SIR谐振器6;两条滤波器馈线5上 设置有与介质基板1下表面铜涂层导通的金属过孔7。
[0043] 本方案优选在每条滤波器馈线5上各设置两个SIR谐振器6,每个SIR谐振器6之间 采用边缘耦合实现，两个SIR谐振器6之间耦合量的大小由边缘距离来控制。设计时，根据微 波滤波器所需的中心频率及相对带宽，由Chebyshev滤波器低通原型计算出各个SIR谐振器 6之间耦合量的大小，并根据耦合量大小与边缘耦合距离的关系来确定耦合距离的大小；另 外，四个SIR谐振器6与地板的连接通过金属化通孔，与输入输出的连接通过输入馈线2和输 出馈线9连接。
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