一种分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及微波毫米波滤波器领域，具体涉及基片集成波导滤波器。
【背景技术】
[0002]基片集成波导滤波器近几年备受关注，基片集成波导由传统金属波导变形而来，在普通基片上开两排金属通孔，用来代替矩形波导的窄边，基片集成波导滤波器在保留了金属波导结构滤波器Q值高、选择性好的特点的同时，还兼具了微带结构滤波器的体积小、重量轻、成本低、易于加工的特点，另外，还可以与微带电路实现无缝隙集成，适合微波毫米波电路的设计要大规模生产。但是相对微带滤波器，基片集成波导滤波器尺寸还是较大。虽然先进的多层技术可以减小整体尺寸，但是成本高，加工过程复杂。为了进一步缩小滤波器的体积，可以沿着基片集成波导谐振腔的磁壁将谐振腔切开，这样更小体积的基于半模、四分之一模基片集成波导的滤波器被提出，并且具有与全模谐振腔相似的电磁特性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，兼具传统基片集成波导滤波器各种优点，进一步减小滤波器的尺寸，提高滤波器的上阻带特性。
[0004]本发明的技术方案:一种分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征包括:介质基片以及设置在介质基片上下表面的金属贴片和介质基片中的金属通孔，所述金属贴片包括输入输出端口微带线和刻蚀等腰直角三角形缺陷的分形结构四分之一模基片集成波导第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔;所述第一谐振腔与第三谐振腔以第二谐振腔的中心轴镜像对称;所述金属通孔贯穿介质基片和上下表面金属贴片；利用四分之一模基片集成波导，所述的四分之一模基片集成波导是沿着基片集成波导矩形谐振腔对角线磁壁讲谐振腔切开得到，具有两个开放式边界;分形缺陷结构四分之一模基片集成波导是在谐振腔的上层金属表面刻蚀三个两两以共用顶点的方式相连的等腰直角三角形，通过在四分之一模基片集成波导上形成分形缺陷结构来作为基本谐振单元。
[0005]所述滤波器第一谐振腔和第二谐振腔之间通过凹槽实现电耦合，第二谐振腔和第三谐振腔之间通过凹槽实现电耦合，第一谐振腔和第三谐振腔之间通过感性窗口实现磁耦合，从而实现交叉耦合，第一谐振腔和第三谐振腔之间的耦合使滤波器产生了传输零点，耦合强度越大，传输零点越靠近通带边缘，选择性越好;输入端口、输出端口直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。
[0006]本发明有益效果是:相比传统三腔耦合滤波器，分形缺陷结构四分之一模基片集成波导滤波器体积减小了 88%，通过在四分之一模基片集成波导上刻蚀等腰直角三角形缺陷来作为基本谐振单元，谐振腔表面电流受到分形结构的干扰，部分电流要经过中间的贴片，这样延长了等效电流长度。在相同的谐振频率下，分形结构谐振腔的尺寸会比一般传统谐振腔要小，减小了每个腔的尺寸，从而减小了整个滤波器的尺寸。通带内插入损耗优于-1.25dB，通带内回波损耗优于_25dB，在3.9dB处出现传输零点极大地提高了上阻带的频率选择性。
【附图说明】
[0007]图la是本发明实施例单个谐振腔的平面结构示意图。
[0008]图lb是本发明实施例单个谐振腔的截面结构示意图。
[0009]图2是本发明实施例的滤波器的结构分布示意图。
[0010]图3是本发明实施例的滤波器的频率响应曲线。
[0011]图中:分形缺陷结构四分之一模基片集成波导谐振腔上表面金属贴片1、等腰直角三角形缺陷2、金属通孔3、介质基片4、下表面金属贴片5、输入端口 6、第一谐振腔7、第二谐振腔8、第三谐振腔9、输出端口 10。
【具体实施方式】
[0012]分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，所述滤波器包括:介质基片4以及设置在介质基片上下表面的金属贴片1、5和金属通孔3，所述金属通孔3贯穿介质基片4和上下表面金属贴片1、5。如图la所示为单个四分之一模基片集成波导谐振腔，其两个开放式边界相当于理想磁壁，谐振腔的谐振频率主要由谐振腔斜边长度c和刻蚀的等腰直角三角形的斜边a决定，在四分之一模基片集成波导谐振腔的上层金属表面刻蚀三个大小相同，两两之间以共用顶点的方式相连的等腰直角三角形2。
[0013]如图2所示本发明是以三个分形缺陷结构四分之一模基片集成波导谐振腔组成的交叉耦合滤波器，所述滤波器包括:输入端口 6、输出端口 10、第一谐振腔7、第二谐振腔8、第三谐振腔9。所述第一谐振腔7与第三谐振腔9以第二谐振腔8的中心轴镜像对称;第二谐振腔8与第一谐振腔7之间、第二谐振腔8与第三谐振腔9之间均为电耦合，第一谐振腔7与第三谐振腔9之间通过感性窗口实现磁耦合;滤波器的输入端口 6、输出端口 10分别连接第一谐振腔7和第三谐振腔9。输入输出端口 6、10直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。本发明的滤波器的中心频率取决于谐振腔的谐振频率，带宽主要受耦合系数的影响。谐振腔的谐振频率主要由谐振腔斜边的长度01和等腰直角三角形缺陷2的斜边长度a2、a3决定;g用于调节第一谐振腔7与第二谐振腔8、第二谐振腔8与第三谐振腔9之间的耦合强度;k用于调节第一谐振腔7与第三谐振腔9之间的耦合强度。输入端口 6和输出端口 10分别于第一谐振腔7和第三谐振腔9相连，其特征阻抗为50欧姆，w用于调节输入输出端微带线的阻抗，b用于调节外部品质因数。
[0014]本实施例中，选用的介质基片相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm;如图2中各几何参数分另|J为:w= 1.59mm，a2 = 9.75mm，a3 = 10.5mm,b = 11mm，ci = 30mm，e = 2.45mm，k =1.06mm, d = 3.55mm，p = 0.5mm，g = 1mm。
[0015]如图3所示为本发明实施例的滤波器的频率响应曲线，其中虚线为仿真结果，实线为测试结果，从图中可以看出，仿真结果与测试结果相吻合，本发明的滤波器通带内插入损耗优于-1.25dB，通带内回波损耗优于-25dB，在3.9GHz处出现传输零点极大地提高了上阻带的频率选择性。
[0016]本发明是一种分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，滤波器中谐振腔具有传统谐振腔的诸多优点，分形结构降低了谐振频率，相比传统三腔耦合滤波器，分形缺陷结构四分之一模基片集成波导滤波器体积减少了88%;谐振腔之间引入交叉耦合，使滤波器上阻带出现一个传输零点，具有很好的频率选择性。
[0017]以上所述的实施例并非对本发明做任何形式上的限制，任何根据上述发明方案技术的内容对实施例形状或结构上做的任何变化，均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征在于:通过准四分之一模基片集成波导上形成分形结构来作为基本谐振单元，该滤波器包括输入端口(6)、第一谐振腔(7)、第二谐振腔(8)、第三谐振腔(9)、输出端口(10);所述第一谐振腔(7)与第三谐振腔(9)以第二谐振腔(8)的中心轴镜像对称;第一谐振腔(7)和第二谐振腔(8)之间通过凹槽实现电耦合，第二谐振腔(8)和第三谐振腔(9)之间通过凹槽实现电耦合，第一谐振腔(7)和第三谐振腔(9)之间通过感性窗口实现磁耦合;输入端口(6)、输出端口(10)直接与两个特征阻抗为50欧姆的微带线连接。2.根据权利要求1所述的分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征在于:该滤波器由三个分形结构四分之一模基片集成波导谐振腔构成，分形结构四分之一模基片集成波导谐振腔成等腰直角三角形，单个谐振腔利用四分之一模基片集成波导，在四分之一模谐振腔的上表面金属贴片(1)上刻蚀三个两两相连的等腰直角三角形缺陷(2);所述谐振腔包括:介质基片(4)以及设置在介质基片上表面金属贴片(1)、下表面金属贴片(5)和金属通孔(3);所述金属通孔(3)贯穿介质基片(4)和上表面金属贴片(1)、下表面金属贴片(5)。3.根据权利要求2所述的分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器，其特征在于:所述三个等腰直角三角形缺陷大小相同，并且两两以共用顶点的方式相连。
【专利摘要】本发明涉及一种分形缺陷结构四分之一模基片集波导带通滤波器，该滤波器包括：介质基片以及设置在介质基片上下表面的金属贴片和介质基片中的金属通孔；金属贴片包括输入输出端口微带线和带有分形缺陷结构的四分之一模基片集成波导第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔；所述第一谐振腔与第三谐振腔以第二谐振腔的中心轴镜像对称；第一谐振腔与第二谐振腔之间设有第一电耦合，第二谐振腔与第三谐振腔之间设有第二电耦合，第一谐振腔与第三谐振腔之间通过感性窗口实现磁耦合。本发明的有益效果为：分形缺陷结构四分之一模基片集成波导带通滤波器具有结构紧凑，尺寸小型化，上阻带选择性好，性能稳定且易于系统集成的特点。
【IPC分类】H01P1/203, H01P1/20
【公开号】CN105489984
【申请号】CN201610032160
【发明人】张胜, 汪海婷, 饶家宇, 付学东
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月18日