一种低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器

1.本发明属于微波滤波器技术领域，涉及空腔基片集成波导带通滤波器和准椭圆函数滤波器，具体涉及一种低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器。


背景技术：

2.伴随愈发紧张的频谱资源和集成化的需求，微波滤波器对体积、实现工艺、通带内传输损耗和频率选择性都提出了越来越高的要求。准椭圆函数滤波器在实现通态等纹波传输的同时可以在阻带内引入有限传输零点，实现更加陡峭的带外抑制特性。基片集成波导滤波器采用平面微带介质作为电磁波传输媒介，通过阵列金属化过孔限制电磁波在介质中的传播范围。与传统金属腔体波导滤波器相比，不仅实现了波导滤波器的小型化，而且可嵌入其他平面电路设计，易于加工集成，增强了电路设计的灵活性；但利用微带介质传输电磁波使基片集成波导的通态损耗高于金属腔体波导。空腔基片集成波导，通过挖空基片集成波导中的部分介质，利用空气作为基片集成波导的主要电磁传输媒介，降低了传统基片集成波导的传输损耗；在平面基片集成波导中实现了金属空腔波导滤波器的低损耗传输特性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器。该滤波器以多腔耦合结构的空腔基片集成波导为主体，引入两个非谐振腔，可在通带上下两侧各引入一个传输零点。在空腔基片集成波导滤波器上实现了准椭圆函数特性，优化了传统空腔基片集成波导的带外抑制特性。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
5.一种低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器，所述滤波器沿z轴从下至上依次为第二金属层3、介质层2和第一金属层1；其中，第一金属层1和第二金属层3为全金属层，覆盖在介质层2的两侧表面上；介质层2在水平面上沿x轴从左往右依次设置输入端口5、第一过渡腔8、谐振腔区域、第二过渡腔9和输出端口7；谐振腔区域包括沿x轴从左往右的若干个谐振腔，其中x轴为介质层2平面从输入端口指向输出端口的方向，y轴为介质层2平面上垂直于x轴的方向，z轴为垂直于介质层2所在平面的方向；
6.介质层2上还设置两个非谐振腔，两个非谐振腔位于xy平面上所有谐振腔的上方，且关于所有谐振腔所在区域的中线对称设置，围绕过渡腔、谐振腔和非谐振腔的外轮廓设置金属化过孔，所述金属化过孔贯穿介质层且与第一金属层和第二金属层相接触，输入端口与过渡腔之间无y方向延伸的金属化过孔，输出端口与过渡腔之间无y方向延伸的金属化过孔，，过渡腔与谐振腔之间设置沿y方向不连续的金属化过孔，使得从输入端口到输出端口存在电磁波传输通道，谐振腔与非谐振腔之间不设置金属化过孔。
7.作为优选方式，两个非谐振腔关于谐振腔区域的中心点呈x轴对称、y对称。
8.作为优选方式，谐振腔区域包括五个谐振腔10-14。
9.作为优选方式，输入端口5和输出端口7均由50欧姆或75欧姆端部微带线构成，渐变微带线连接于过渡腔和端部微带线之间，沿从过渡腔到端部微带线的方向、渐变微带线的宽度逐渐减小，直到匹配50欧姆或75端部微带线的宽度为止；渐变微带线的尺寸渐变以保证输入输出端口的馈电效率。
10.作为优选方式，第一金属层和第二金属层材料为铜、或铝、或金金属；介质层材料为聚四氟乙烯、或聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料、或编织玻璃布增强材料。
11.本发明的机理为：在空腔基片集成波导带通滤波器中，通过引入额外的非谐振腔，实现了具备准椭圆函数特性的空腔基片集成波导滤波器。两个非谐振腔置于谐振腔支路两侧，具体尺寸由阻带传输零点频率决定。
12.本发明的有益效果为：在空腔基片集成波导带通滤波器的上下边带，引入两个独立可控的传输零点，改善了传统空腔基片集成滤波器的带外抑制水平。本发明设计的低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器通过现有在空腔基片集成波导带通滤波器的基础上引入非谐振腔，可以在通态外引入额外的传输零点，同时结合金属化过孔的排布设计，使得整体滤波器相比传统无非谐振腔体滤波器具有更陡的边带抑制特性和更高的带外抑制水平。
附图说明
13.图1为本发明低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器的整体结构示意图；
14.图2为本发明实施例1低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器中介质层的结构示意图；
15.图3为本发明实施例1带通滤波器的耦合拓扑结构。
16.图4为实施例1仅设置第一非谐振腔引入的带外传输零点。
17.图5为实施例1仅设置第二非谐振腔引入的带外传输零点。
18.图6为本发明实施例1的带通滤波器的性能图。
19.其中，1为第一金属层，2为介质层，3为第二金属层，4为输入信号馈线，5为输入端口，6为输出信号馈线，7为输出端口，8为第一过渡腔，9为第二过渡腔，10为第一谐振腔、11为第二谐振腔、12为第三谐振腔、13为第四谐振腔、14为第五谐振腔，15为第一非谐振腔、16为第二非谐振腔，17为金属化过孔。
具体实施方式
20.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
21.实施例1
22.本实施例提供一种低损耗准椭圆空腔基片集成波导带通滤波器，所述滤波器沿z轴从下至上依次为第二金属层3、介质层2和第一金属层1；其中，第一金属层1和第二金属层3为全金属层，覆盖在介质层2的两侧表面上；介质层2在水平面上沿x轴从左往右依次设置输入端口5、第一过渡腔8、谐振腔区域、第二过渡腔9和输出端口7；谐振腔区域包括沿x轴从
左往右的若干个谐振腔，其中x轴为介质层2平面从输入端口指向输出端口的方向，y轴为介质层2平面上垂直于x轴的方向，z轴为垂直于介质层2所在平面的方向；
23.介质层2上还设置两个非谐振腔，两个非谐振腔位于xy平面上所有谐振腔的上方，且关于所有谐振腔所在区域的中线对称设置，围绕过渡腔、谐振腔和非谐振腔的外轮廓设置金属化过孔，所述金属化过孔贯穿介质层且与第一金属层和第二金属层相接触，输入端口与过渡腔之间无y方向延伸的金属化过孔，输出端口与过渡腔之间无y方向延伸的金属化过孔，过渡腔与谐振腔之间设置沿y方向不连续的金属化过孔，使得从输入端口到输出端口存在电磁波传输通道，谐振腔与非谐振腔之间不设置金属化过孔。
24.谐振腔的尺寸大小由通带中心频率和所需传输极点频率共同决定，所需谐振腔的个数由通带带宽和所需传输极点数目共同决定。
25.两个非谐振腔关于谐振腔区域的中心点呈x轴对称、y对称。
26.谐振腔区域包括五个谐振腔10-14。
27.输入端口5和输出端口7均由50欧姆或75欧姆端部微带线构成，渐变微带线连接于过渡腔和端部微带线之间，沿从过渡腔到端部微带线的方向、渐变微带线的宽度逐渐减小，直到匹配50欧姆或75端部微带线的宽度为止；渐变微带线的尺寸渐变以保证输入输出端口的馈电效率。
28.第一金属层和第二金属层材料为铜、或铝、或金金属；介质层材料为聚四氟乙烯、或聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料、或编织玻璃布增强材料。
29.本实施例以5个谐振腔为例，腔体间的具体设置形式如图2所示。
30.谐振腔的个数由所需的通带带宽决定，宽的通带需要多个谐振腔才能实现，比如5个谐振腔可引入5个传输极点，增多传输极点数量才能拓宽滤波器的通态带宽；非谐振腔的个数则由所需边带传输零点个数决定，本实施例为了简化，将2个非谐振腔的尺寸分别调整至对应上下两个边带的传输零点。谐振腔和非谐振腔的频率都由尺寸决定，不同极点或零点频率的滤波器可通过调节空腔基片集成波导尺寸实现。谐振腔的非谐振腔分别实现传输极点和传输零点的原因是腔的位置不同，与输入输出端子在同一传输线上的腔属于谐振腔，可提供传输极点，决定滤波器的通带特性；与谐振腔并行排列的非谐振腔则提供传输零点，决定阻带的抑制特性。
31.本实施例的带通滤波器的耦合拓扑结构如图3所示，在原有的谐振腔传输路径上，引入额外的耦合节点，形成了准椭圆函数的耦合结构，实现了两个传输零点的引入。
32.引入后的效果图见图4、图5和图6，可见新的耦合节点显著地在上下边带分别引入了两个传输零点，使带通滤波器的通态选择特性和带外抑制水平相比引入耦合节点之前的特性得到明显提高。
33.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。