一种混合结构的平面有耗滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合结构的平面有耗滤波器，设置两个左右对称的微带谐振器和基片集成波导谐振器，输入输出微带线通过第一输入输出微带连接线、第二输入输出微带连接线分别连接到微带谐振器和基片集成波导谐振器上，微带谐振器和基片集成波导谐振器分别通过第一输入输出微带连接线、第二输入输出微带连接线和有耗滤波器的输出微带线相连；微带谐振器、第一输入输出微带连接线、第二输入输出微带连接线、输入输出微带线均印制在介质基板上，基片集成波导谐振器是由介质基板上的基片集成波导接地孔和介质基板上下的覆铜构成。本发明加工简单，成本低廉；属于平面结构，无交叉电阻性耦合，易于实现。
【专利说明】一种混合结构的平面有耗滤波器
【技术领域】
[0001] 本发明属于微波有耗滤波器【技术领域】，尤其涉及一种基片集成波导技术与微带线 技术相混合的平面有耗滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着现代无线通信事业的飞速发展，高性能微波滤波器被广泛用于宽频带通信系 统之中，特别是在通信卫星，地面电台，无线基站等场合得到了广泛的应用。有耗滤波器作 为高性能微波滤波器的一种，必将越来越受到重视。在微波滤波器的设计过程中，设计者会 发现一款高性能滤波器的实现往往需要高Q值的微波谐振器。一旦谐振器的材料和形状确 定之后，此谐振器的Q值就被约束了。为了提高Q值，设计者必须增加谐振器的尺寸，这也 导致了滤波器尺寸和重量的增加。有耗滤波器在有效减小谐振器Q值的同时依然能够提供 高性能的通带响应。特别是当电磁环境日益复杂和频谱拥挤导致的干扰频率大量增加时， 有耗滤波器的优势将更加明显。由于其平坦的带内特性和陡峭的边带特性，可以有效起到 控制有用信号、抑制有害干扰信号、支持多信道通信的作用。有耗滤波器引入的损耗可以通 过在有耗滤波器前端增加低增益低噪声放大器（Low Gain LNA，Low Noise Amplifier)来补 偿。
[0003] 根据研究报道，有耗滤波器通常的实现形式可以归类为三种：1.非平面结构，例 如基于同轴腔体谐振器的有耗滤波器，此类结构有耗滤波器性能较好，但是体积与重量都 比较大；2.平面微带结构，此类结构的有耗滤波器通常具有交叉电阻性耦合，交叉电阻性 耦合在某些情况下无法完全实现；3.混合的平面与非平面结构，此类有耗滤波器性能较 好，但是体积与重量仍然较大。因此，平面结构有耗滤波器具有重要的应用价值。
[0004] 目前，国内外对有耗滤波器进行了一系列研究工作，并取得了一些成果。但是，报 道出来的有耗滤波器普遍面临着以下一些缺陷：
[0005] (1)有耗滤波器很多采用腔体结构实现，体积大重量重，不便于系统小型化与集 成。
[0006] (2) -部分有耗滤波器采用平面微带结构，此类有耗滤波器一般都具交叉电阻性 耦合，交叉电阻性耦合在某些运用场合很难实现。而且平面微带结构有耗滤波器通常利用 一些电阻性元件来实现微带谐振器Q值的变化，对所引入的电阻性元件要求苛刻，不利于 实现。
[0007] (3)部分有耗滤波器采用非平面的腔体结构与平面微带结构相结合的混合结构， 此种实现方式的有耗滤波器相比于传统的腔体结构有耗滤波器，体积和重量上有一定改 善，但还无法达到最优。
[0008] 针对有传统耗滤波器体积和重量偏大的问题，目前已有一些文献提出利 用非均匀Q值谐振器来实现高性能低重量的有耗滤波器。根据"A.C.Guyett e; I. C. Hunter ；and R.D. Pollard ；The Design of Microwave Bandpass Filters using Resonators with Nonuniform Q，IEEE Trans. Microw. Theory & Tech. , pp. 3914-3922. November2006,54, (11)"中的分析，完全利用微带谐振器来构成有耗滤波器。这种方法 是通过将电阻元件嵌入到微带谐振器内部来降低谐振器Q值，同时引入了交叉电阻性耦 合。这种方法的缺点是构成有耗滤波器谐振器的最大Q值主要受微带介质板控制，导致谐 振器的最大Q值偏低，有耗滤波器的插入损耗进一步增大。而且交叉电阻性耦合在某些 场合较难实现。另外一种利用非均匀Q值谐振器实现有耗滤波器的方法是根据"M. Meng ; I.C. Hunter ；and J. D. Rhodes ；The Design of Parallel Connected Filter Networks With Nonuniform Resonators,IEEE Trans. Microw. Theory & Tech.,pp.372-381. January2013,61，（1)，"所提出的结构，有耗滤波器的实现是基于同轴腔体谐振器和微带谐 振器相结合的混合结构实现的，其中两个同轴腔体串联构成子网络1，两个微带谐振器串联 构成子网络2,子网络1和子网络2并联形成非均匀Q值有耗滤波器。这种方法实现过程中 的调节非常繁琐，而且有耗滤波器的重量也比较大。
[0009] 无论是工业应用还是集成化的需要，尤其是移动终端和卫星通信系统的需求，都 急需一种设计简单、高性能、平面结构的有耗滤波器。
【发明内容】
[0010] 本发明实施例的目的在于提供一种混合结构的平面有耗滤波器，旨在解决现有的 有耗滤波器存在的结构复杂，成本较高、相对带宽较大的问题。
[0011] 本发明实施例是这样实现的，一种混合结构的平面有耗滤波器，包括：金属地板、 介质基板、第一输入输出微带连接线、输入输出微带线、第二输入输出微带连接线、谐振器； 设置两个左右对称的微带谐振器和基片集成波导谐振器，输入输出微带线通过第一输入输 出微带连接线、第二输入输出微带连接线分别连接到微带谐振器和基片集成波导谐振器 上，微带谐振器和基片集成波导谐振器分别通过第一输入输出微带连接线、第二输入输出 微带连接线和有耗滤波器的输出微带线相连；微带谐振器、第一输入输出微带连接线、第二 输入输出微带连接线、输入输出微带线均印制在介质基板上，基片集成波导谐振器是由介 质基板上的基片集成波导接地孔和介质基板上下的覆铜构成。
[0012] 进一步，微带谐振器Q值为278,基片集成波导谐振器的Q值为515 ;基片集成波导 谐振器和微带谐振器构成非均匀Q值有耗滤波器属于平面有耗滤波器结构。
[0013] 进一步，微带谐振器的介质板材料为RT/duroid5880,相对介电常数为2. 2,介质 板厚度为〇. 787mm，覆铜厚度为0. 018mm，损耗角正切为0. 0009。
[0014] 进一步，微带谐振器采用半波长谐振器。
[0015] 进一步，两个左右对称的微带谐振器通过缝隙耦合形成低Q值子网络，两个基片 集成波导谐振器通过开口耦合形成高Q值子网络。
[0016] 进一步，高Q值子网络和低Q值子网络平行放置构成有耗滤波器网络。
[0017] 本发明提供的混合结构的平面有耗滤波器，采用基片集成波导结构与微带谐振器 结构相结合的混合结构，是一款全平面的有耗滤波器；基于非均匀Q值谐振器构成的有耗 滤波器，其中高Q值谐振器为基片集成波导谐振器，加工简单，成本低廉；由于基片集成波 导谐振器Q值介于微带谐振器和腔体谐振器之间，能实现微带谐振器和腔体谐振器实现不 了的Q值；本发明的有耗滤波器属于平面结构，无交叉电阻性耦合，易于实现；有耗滤波器 具有很窄的带宽，在本发明的具体实施例中，工作中心频率为1.984GHz，带宽为25MHz，相 对带宽只有1. 26%，远小于已报道的绝大部分有耗滤波器相对带宽。本发明能根据实际需 求进行自适应改进，通过改变微带谐振器长度、基片集成波导谐振器大小来调节有耗滤波 器工作频段；通过改变输入输出与谐振器的连接位置，改变外部Q值，通过改变微带谐振器 之间的缝隙，并且改变基片集成波导谐振器之间开口大小，改变谐振器之间的耦合；从而满 足不同的应用需求，设计简单灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例提供的混合结构的平面有耗滤波器结构示意图；
[0019] 图中：1、金属地板；2、介质基板；3、微带半波长谐振器；4、第一输入输出微带连接 线；5、输入输出微带线；6、第二输入输出微带连接线；7、基片集成波导谐振器；8、基片集成 波导接地孔；
[0020] 图2是本发明实施例提供的混合结构的平面有耗滤波器的侧视图；
[0021] 图3是本发明实施例提供的插入损耗和回波损耗仿真结果图；
[0022] 图中：S21是插入损耗仿真结果；Sn是回波损耗仿真结果；
[0023] 图4是本发明实施例提供的插入损耗和回波损耗实测结果图；
[0024] 图中：S21是插入损耗实测结果；Sn是回波损耗实测结果；
[0025] 图5是本发明实施例提供的带外特性仿真和实测结果图；
[0026] 图中：虚线是带外特性仿真结果；实线是带外特性实测结果；
[0027] 图6是本发明实施例提供的混合结构的平面有耗滤波器实施例的尺寸示意图；
[0028] 图7是本发明实施例中高Q值子网络、低Q值子网络、整体有耗滤波器的传输特性 仿真结果图；
[0029] 图中：虚线是高Q值子网络传输特性；点划线是低Q值子网络传输特性；实线是整 体有耗滤波器传输特性；
[0030] 图8是本发明实施例对应的有耗滤波器耦合矩阵。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0032] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0033] 如图1和图2所示，本发明实施例的混合结构的平面有耗滤波器主要由：金属地板 1、介质基板2、微带半波长谐振器3、第一输入输出微带连接线4、输入输出微带线5、第二输 入输出微带连接线6、基片集成波导谐振器7、基片集成波导接地孔8组成；
[0034] 金属地板1设置在介质基板2的底面，有耗带通滤波器的输入输出微带线5通过 第一输入输出微带连接线4、第二输入输出微带连接线6分别连接到微带谐振器3和基片 集成波导谐振器7上，微带谐振器3和基片集成波导谐振器7分别通过第一输入输出微带 连接线4、第二输入输出微带连接线6和有耗滤波器的输入输出微带线5相连；微带谐振器 3、第一输入输出微带连接线4、第二输入输出微带连接线6、输入输出微带线5均印制在介 质基板2上，基片集成波导谐振器7是由介质基板2上的基片集成波导接地孔8和介质基 板2上下的覆铜构成，故本发明的有耗滤波器整体为平面结构，且左右对称。
[0035] 本发明的微带谐振器3为半波长谐振器，左右两个微带谐振器相互对称；本发明 的两个基片集成波导谐振器7相接部分中没有金属化基片集成波导接地孔8的位置间隔称 为开口。
[0036] 两个左右对称的微带谐振器3通过缝隙耦合形成低Q值子网络。
[0037] 两个基片集成波导谐振器7通过开口耦合形成高Q值子网络。
[0038] 高Q值子网络和低Q值子网络平行放置构成有耗滤波器网络。
[0039] 有耗滤波器的输入输出微带线分别通过第一输入输出微带连接线4、第二输入输 出微带连接线6连接到高低Q值子网络上，形成有耗滤波器的两条通路。
[0040] 调节第一输入输出微带连接线4、第二输入输出微带连接线6和两个高低Q值子网 络的连接位置，可以调节输入输出耦合，使得本发明性能良好。
[0041] 基片集成波导谐振器7之间要有合适的开口，形成适当的耦合。
[0042] 微带谐振器3之间的缝隙要适当，形成适当的耦合。
[0043] 两个平行放置子网络要有合适的连接，两条网络通路共同形成高性能有耗滤波器 复合通路。
[0044] 如图1所示，本发明的有耗滤波器中的基片集成波导谐振器7相对微带谐振器3 而言属于高Q值谐振器，利用基片集成波导谐振器7和微带谐振器3构成非均匀Q值有耗 滤波器属于平面有耗滤波器结构，由于不同Q值是通过不同结构实现的，所以相比微带结 构平面有耗滤波器，其优势在于：1.无需交叉电阻性耦合；2.无需改变微带谐振器的Q值 的电阻性元件。
[0045] 微带谐振的Q值大小主要取决于构成微带谐振器的介质板材料和微带谐振器本 身的形状，当介质板材料和微带谐振器形状确定时，微带谐振器的Q值也随之被约束。本发 明中用的介质板材料为RT/duroid5880,相对介电常数为2. 2,介质板厚度为0. 787mm，覆铜 厚度为〇. 〇18mm，损耗角正切为0. 0009。本发明中的微带谐振器Q值为278,基片集成波导 谐振器的Q值为515。
[0046] 在本发明的具体实施例中，如图6,其中Q = 65. 7mm，L2 = 70. 8mm，L3 = 20. 4mm， L4 = 30. 4mm, L5 = 30. 4mm, L6 = 16mm, L7 = 10. 7mm, L8 = 24. 7mm, L9 = 10mm, W〇 = 2. 3mm, A = 2. 3mm，W2 = 2mm，R = 1mm，D = 1. 35mm〇
[0047] 如图6,其中的输入微带线5通过第二输入输出微带连接线6与基片集成波导谐振 器7相连，经由基片集成波导谐振7之间的开口耦合后，再通第二输入输出微带线6与输出 微带线5相连，以此形成有耗滤波器的一条通路。由于基片集成波导谐振器7相对于微带谐 振器3来说具有更高的Q值，故这条通路称为高Q值通路，即为有耗滤波器高Q值子网络。 单独的高Q值子网络形成的响应如图7中的虚线所示。输入微带线5通过第一输入输出微 带连接线4与微带谐振器3相连，两个左右对称的微带谐振器3通过缝隙耦合传输能量后 经由第一输入输出微带线4与输出微带线5相连，形成有耗滤波器的另外一条通路。此通 路称为低Q值通路，即为有耗滤波器低Q值子网络。单独的低Q值子网络形成的响应如图 7中点划线所示。高Q值子网络和低Q值子网络共用输入输出微带线5,所以可以形成有耗 滤波器整体响应，整体响应如图7中的实线所示。
[0048] 如图7,高Q值子网络形成的响应在通带边缘有两处峰值，低Q值子网络形成的响 应具有通带中心处损耗最小，带外抑制缓慢增加的特点，高Q值子网络与低Q值子网络各自 形成的响应恰好互补，形成了有耗滤波器整体响应，整体响应具有两个传输零点，带外的两 个传输零点增强了有耗滤波器带外抑制，而且整体响应的通带很平坦，无带内波纹，整体响 应矩形系数较好；
[0049] 构成一个滤波器的所有谐振器都具有相同的Q值，那么该滤波器增加的带内损耗 可以用公式（1)近似表示。
[0050]
【权利要求】
1. 一种混合结构的平面有耗滤波器，包括：金属地板、介质基板、第一输入输出微带连 接线、输入输出微带线、第二输入输出微带连接线、谐振器；其特征在于，设置两个左右对称 的微带谐振器和基片集成波导谐振器，输入输出微带线通过第一输入输出微带连接线、第 二输入输出微带连接线分别连接到微带谐振器和基片集成波导谐振器上，微带谐振器和基 片集成波导谐振器分别通过第一输入输出微带连接线、第二输入输出微带连接线和有耗滤 波器的输出微带线相连；微带谐振器、第一输入输出微带连接线、第二输入输出微带连接 线、输入输出微带线印制在介质基板上，基片集成波导谐振器是由介质基板上的基片集成 波导接地孔和介质基板上下的覆铜构成。
2. 如权利要求1所述的混合结构的平面有耗滤波器，其特征在于，微带谐振器Q值为 278,基片集成波导谐振器的Q值为515 ;基片集成波导谐振器和微带谐振器构成非均匀Q 值有耗滤波器属于平面有耗滤波器结构。
3. 如权利要求1所述的混合结构的平面有耗滤波器，其特征在于，微带谐振器的介 质板材料为RT/duroid5880,相对介电常数为2. 2,介质板厚度为0. 787mm，覆铜厚度为 0. 018mm，损耗角正切为0. 0009。
4. 如权利要求1所述的混合结构的平面有耗滤波器，其特征在于，微带谐振器采用半 波长谐振器。
5. 如权利要求1所述的混合结构的平面有耗滤波器，其特征在于，输入输出微带线通 过第一输入输出微带连接线与微带谐振连接，两个微带谐振器通过缝隙耦合，形成低Q值 通路，即低Q值子网络，输入输出微带线通过第二输入输出微带连接线与基片集成波导谐 振器连接，两个基片集成波导谐振器通过开口耦合，形成高Q值通路，即高Q值子网络。
6. 如权利要求5所述的混合结构的平面有耗滤波器，其特征在于，低Q值子网络与高Q 值子网络共用输入输出微带线，即高Q值子网络与低Q值子网络平行连接形成整体有耗滤 波器。
【文档编号】H01P1/219GK104091986SQ201410365992
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】吴秋逸, 林明忠, 史小卫, 刘淑芳, 赵小敏 申请人:西安电子科技大学