一种基于SSPPs与SIW的宽频带带通滤波器

一种基于sspps与siw的宽频带带通滤波器
技术领域
1.本发明属于微波技术领域，特别涉及基片集成波导(siw)及人工表面等离子体激元(sspps)。涉及的主要工作是设计了一种基于sspps和siw的宽频带带通滤波器。


背景技术：

2.近年来，随着无线通讯系统的不断发展，无线通信所使用的传输频率越来越倾向于更高的频段，在高频范围内原有的传统滤波器存在损耗大、封装尺寸不易缩小等问题。而sspps这一新型的微波结构在微波频段有慢波特性，且对电磁场具有束缚作用，这些特性使得基于此类结构设计的微波无源器件尺寸较小，易于集成加工。
3.同时，基于sspps设计的平面传输线结构在品质因数、传输效率、容量以及损耗方面存在很多不足，对外界环境条件的要求也比较高。而siw可以有效提高滤波器的选择性和带外抑制水平，可以弥补基于sspps设计滤波器的不足。


技术实现要素：

4.发明目的：设计一种基于sspps和siw的带通滤波器，具有结构紧凑、通带损耗低、阻带抑制能力强的特点。通带频段为12.7-28.2ghz，覆盖5g新频段 (n258)，其频段范围为24250mhz-27500mhz，从而提高毫米波频段滤波器的实用性。
5.技术方案：本设计首先利用刻蚀周期性不连续的h型凹槽结构的金属层构造 sspps波导，同时结合siw结构在波导传播方向形成强耦合，并以周期性排列的金属通孔限制信号的传播。在此基础上，分析了h型凹槽参数、金属通孔位置、过渡段曲边梯形弧度对通带范围和带内损耗的影响。
6.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
7.1.所设计的滤波器通带为12.7-28.2ghz，相对于现有技术通带更宽，能覆盖 n258频段，在微波通信领域中有较好的应用前景。
8.2.该滤波器带外抑制深度均超过-23db，最大达到-61db以上，带外抑制深度大，阻带抑制能力较强。
9.3.尺寸小，整体结构长仅80mm，宽12mm，更易于集成进行工业化加工。
附图说明
10.图1 sspps单元结构示意图
11.图2基于sspps和siw的带通滤波器结构图(俯视图)
12.图3基于sspps和siw的带通滤波器结构图(侧视图)
13.图4基于sspps和siw的带通滤波器的s参数
具体实施方式
14.总体由三部分组成：过渡段、周期性结构传输段、渐变的sspps传输段。
15.过渡段，由一段圆弧和宽为0.5mm的矩形相切形成的曲边过渡梯形条组成，圆弧为一个中心点在滤波器边角，长轴为a,短轴为6mm的椭圆与矩形相切产生。通过改变a的值，发现滤波器带内插入损耗随之变化，通过扫频找到通带内平均损耗最小时的a＝15mm。
16.周期性传输段由上下对称的不连续的h型凹槽组成，单元结构在x方向上周期性排列，其中，用c表示周期增加量，h中间矩形宽为0.6mm，高为0.6mm。两边矩形宽为0.45mm，高为h，h1,h2分别表示h两边矩形的高(由下至上)，间隔为0.2mm。通过改变c、h1、h2的参数，使通带范围发生变化。
17.渐变的sspps传输段在周期性传输段的基础上改进，将两边矩形高度逐次减小。步长为0.3。增加该段结构可以提高电磁波的传输效率。
18.在传输段加上围在上下双侧的周期性金属通孔，r表示通孔半径，d表示通孔原点距x轴的距离，该结构可以限制信号的传播。改变r、d可以使通带范围发生变化。
19.最终所设计的带通滤波器通带为12.7-28.2ghz，通带内的插入损耗小于 3.5db,最大损耗为3.23db，带外抑制深度均超过-23db，最大达到-61db以上。
20.具体滤波器结构参数尺寸如表1所示,其中l为零件总长，w为零件总宽度， l1为传输段长，za为波导厚度，zb为金属板厚度。
21.表1滤波器结构尺寸参数表(unit:mm)
22.

技术特征：
1.一种基于sspps与siw的宽频带带通滤波器，其特征如下：总体由三部分组成：0.3mm步长的周期性不连续的h型结构传输段，h型结构为两边矩形高1.8mm，h边上第一段小矩形的高0.48mm，第二段小矩形的高0.16mm；两侧对称的渐变的sspps传输段；过渡段。2.根据权利要求1所述的基于sspps与siw的宽频带带通滤波器，其特征在于sspps传输段由上下对称的不连续的h型凹槽组成，单元结构在x方向上周期性排列。3.根据权利要求1所述的基于sspps与siw的宽频带带通滤波器，其特征在于通过在周期性结构传输段两侧对称地添加渐变的sspps传输段，将两边矩形高度逐次减小。4.根据权利要求1所述的基于sspps与siw的宽频带带通滤波器，其特征在于在sspps传输段两侧对称加上过渡段，由一段椭圆圆弧和宽为0.5mm的矩形相切形成的曲边过渡梯形条组成。

技术总结
主要工作是设计了一种基于人工表面等离子体激元(SSPPs)和基片集成波导(SIW)的宽频带带通滤波器。利用刻蚀周期性不连续的H型凹槽结构的金属层构造SSPPs波导，同时结合SIW结构在波导传播方向形成强耦合，并以周期性排列的金属通孔限制信号的传播。所设计的带通滤波器通带为12.7-28.2GHz，通带内的插入损耗小于3.5dB,最大损耗为3.23dB，带外抑制深度均超过-23dB，最大达到-61dB以上。所设计的滤波器通带能覆盖n258频段，带外抑制深度大，阻带抑制能力较强，尺寸小易于加工，在微波通信领域中有较好的应用前景。中有较好的应用前景。中有较好的应用前景。


技术研发人员：范依然 卢敏然 刘金荣 肖丙刚
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2021.06.17
技术公布日：2022/3/11