一种三模带通滤波器

1.本发明涉及一种三模带通滤波器，属于滤波器领域。


背景技术：

2.随着现代通信的快速发展，射频前端正朝着小型化的趋势发展，性能高且结构紧凑的滤波器被大量需求。基片集成波导(siw)结构以其体积小、重量轻、易于加工和实现平面集成等优点在滤波器设计中得到了广泛应用。然而目前siw滤波器存在电路版图仍然较大的缺点。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种三模带通滤波器，解决了背景技术中披露的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.一种三模带通滤波器，包括从上往下依此堆叠的顶层金属层、介质基片和底层金属层，介质基片上开设有排列成半圆弧的金属通孔，顶层金属层、介质基片、底层金属层以及金属通孔构成半圆形siw谐振腔；
6.半圆弧内侧的介质基片上还开设有两条径向的金属通孔列，两条径向的金属通孔列沿半圆弧的对称轴对称，金属通孔列的一端位于半圆弧的圆心，另一端与半圆弧之间留有间距。
7.顶层金属层为半圆形，排列成半圆弧的金属通孔正对顶层金属层的边缘。
8.介质基片为梯形介质基片，底层金属层均为梯形底层金属层。
9.顶层金属层上连接有两条微带线，两条微带线沿半圆弧的对称轴对称。
10.微带线连接处相对的介质基片上不开设金属通孔。
11.微带线连接处开有延伸到半圆形siw谐振腔内的槽。
12.本发明所达到的有益效果：本发明使用了半模siw结构和引入金属过孔微扰，滤波器不需要额外引入其他的谐振腔来引入谐振点，相较于传统的多腔级联滤波器来说，有效地减少了谐振腔的数量，从而有效地缩小了滤波器的尺寸。
附图说明
13.图1为三模带通滤波器的俯视图；
14.图2为三模带通滤波器的剖示意图；
15.图3为三模带通滤波器在hfss(high frequency structure simulator，高频结构仿真)的仿真曲线图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
17.如图1和2所示，一种三模带通滤波器，包括从上往下依此堆叠的顶层金属层1、介质基片2和底层金属层4，顶层金属层1为半圆形，介质基片2为梯形介质基片，底层金属层4均为梯形底层金属层。
18.介质基片2为rogers 4003c介质板，介电常数为3.35，厚度为0.508mm，介质基片2上开设排列成半圆弧的金属通孔3，排列成半圆弧的金属通孔3正对顶层金属层1的边缘，顶层金属层1、介质基片2、底层金属层4以及金属通孔3构成半圆形siw谐振腔。
19.半圆弧内侧的介质基片2上还开设两条径向的金属通孔3列，每列有五个金属通孔3，两条径向的金属通孔3列沿半圆弧的对称轴对称，金属通孔3列的一端位于半圆弧的圆心，另一端与半圆弧之间留有间距。
20.顶层金属层1上连接两条微带线，阻抗均为50欧姆，两条微带线沿半圆弧的对称轴对称，微带线连接处相对的介质基片2上不开设金属通孔3，微带线连接处开有延伸到半圆形siw谐振腔内的槽，即向顶层金属层1内部延伸的槽。
21.上述滤波器通过在半圆形siw谐振腔中心位置引入金属通孔3列，对半圆形siw谐振腔中原有的主模tm
010
模式的电场分布造成扰动，使其频率显著升高，并结合偏离中心的正交式馈电，使受扰动的tm
010
/tm
110
和几乎未受扰动的tm
210
靠近构成了三模带通滤波器。
22.引入的金属通孔3列对半圆形siw谐振腔来说是一种扰动元素，它相当于在半圆形siw谐振腔内插入电壁，从而使得沿两金属通孔3列及其附近位置的电场强制为零。
23.金属通孔3之所以能对各谐振模式形成扰动，其本质就是当一个谐振模式依然可以维持其驻波分布的情况下，若是电场的分布区域(尤其是电场强度较强的部分)被电壁所约束而减小，那么其谐振频率必然会随之升高。在所提结构中，金属通孔3列的位置、长度、夹角决定了对不同谐振模式扰动的大小，也就是每个谐振模式的频率偏移量。
24.图1中半圆弧的半径为b，除了正对微带线的介质基片2两侧的金属通孔3，半圆弧中其余相邻金属通孔3的间距了p3，金属通孔3列的长度为p2，金属通孔3列张工相邻金属通的间距为p1，金属通孔3列与半圆弧对称轴的夹角为α，微带线与半圆弧对称轴的夹角为α，微带线的宽度为w
ms
，微带线接入半圆形siw谐振腔的长度均为l
in
，槽的宽度均为g。
25.表1滤波器参数
[0026][0027][0028]
采用表1的数值构建上述滤波器，获取滤波器在hfss的仿真曲线图，如图3，图中横坐标为频率(单位：ghz)，纵坐标为s参数(单位：db)，实线s22与虚线s11分别表示电磁波反射系数与频率的关系、电磁波传输系数与频率的关系，本发明三模带通滤波器的-3db工作
带宽为5.74ghz～6.25ghz，相对带宽为8.5％，中心频率为5.98ghz，插入损耗为1.73db，输入端口与输出端口的回波损耗均大于20db。
[0029]
将本发明的滤波器与现有的滤波器进行比较，见表2。
[0030]
表2对比表
[0031][0032]
其中，文献[1]chen c,jiq.triple-mode dual-band bandpass filter based on cross-shaped substrate integrated waveguide[j].electronics letters,2019,55(3):138-140；
[0033]
文献[2]xie hw,zhou k,zhou cx,wu w.compact siw diplexers and dual-band bandpass filter with wide-stopband performances[j].ieee transactions on circuits and systems ii.exp briefs.2020,67(12):2933-2937。
[0034]
从表中可以看出，本发明的滤波器相对带宽宽，插入耗损少，面积小。
[0035]
本发明使用了半模siw结构和引入金属过孔微扰，滤波器不需要额外引入其他的谐振腔来引入谐振点，相较于传统的多腔级联滤波器来说，有效地减少了谐振腔的数量，从而有效地缩小了滤波器的尺寸。
[0036]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种三模带通滤波器，其特征在于，包括从上往下依此堆叠的顶层金属层、介质基片和底层金属层，介质基片上开设有排列成半圆弧的金属通孔，顶层金属层、介质基片、底层金属层以及金属通孔构成半圆形siw谐振腔；半圆弧内侧的介质基片上还开设有两条径向的金属通孔列，两条径向的金属通孔列沿半圆弧的对称轴对称，金属通孔列的一端位于半圆弧的圆心，另一端与半圆弧之间留有间距。2.根据权利要求1所述的一种三模带通滤波器，其特征在于，顶层金属层为半圆形，排列成半圆弧的金属通孔正对顶层金属层的边缘。3.根据权利要求1所述的一种三模带通滤波器，其特征在于，介质基片为梯形介质基片，底层金属层均为梯形底层金属层。4.根据权利要求1所述的一种三模带通滤波器，其特征在于，顶层金属层上连接有两条微带线，两条微带线沿半圆弧的对称轴对称。5.根据权利要求4所述的一种三模带通滤波器，其特征在于，微带线连接处相对的介质基片上不开设金属通孔。6.根据权利要求4或5所述的一种三模带通滤波器，其特征在于，微带线连接处开有延伸到半圆形siw谐振腔内的槽。

技术总结
本发明公开了一种三模带通滤波器，包括从上往下依此堆叠的顶层金属层、介质基片和底层金属层，介质基片上开设有排列成半圆弧的金属通孔，顶层金属层、介质基片、底层金属层以及金属通孔构成半圆形SIW谐振腔；半圆弧内侧的介质基片上还开设有两条径向的金属通孔列，两条径向的金属通孔列沿半圆弧的对称轴对称，金属通孔列的一端位于半圆弧的圆心，另一端与半圆弧之间留有间距。本发明使用了半模SIW结构和引入金属过孔微扰，滤波器不需要额外引入其他的谐振腔来引入谐振点，相较于传统的多腔级联滤波器来说，有效地减少了谐振腔的数量，从而有效地缩小了滤波器的尺寸。有效地缩小了滤波器的尺寸。有效地缩小了滤波器的尺寸。


技术研发人员：李子璇 李思远 裔尧 程勇
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2022.06.15
技术公布日：2022/8/30