一种多层基片集成波导三阶滤波功分器

摘要

本发明公开了一种多层基片集成波导三阶滤波功分器，包括第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一介质基板、第二介质基板；第一介质基板上设置有第一谐振腔、第二谐振腔、输入波导、第一输出波导和第二输出波导，第二介质基板上设置有第三谐振腔，输入波导激励第一谐振腔，第一输出波导和第二输出波导同时激励第一谐振腔和第二谐振腔，第二金属层用于调节第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔的磁耦合系数，以获取两个传输零点。本发明通过调节上下腔体间的电磁耦合强度，获取额外的传输零点，在不改变现有滤波器尺寸同时，集成功分器特性，同时具有频选特性和功分性能。

权利要求

1.一种多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，包括层叠设置的第一金属层、第二金属层以及第三金属层，所述第一金属层与第二金属层之间设置有第一介质基板，所述第二金属层与所述第三金属层之间设置有第二介质基板；

所述第一介质基板上设置有第一谐振腔、第二谐振腔、输入波导、第一输出波导和第二输出波导；

所述第二介质基板上设置有第三谐振腔；

所述输入波导激励所述第一谐振腔，所述第一输出波导和第二输出波导同时激励所述第一谐振腔和第二谐振腔；

所述第二金属层用于调节所述第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔的磁耦合系数，以获取两个传输零点；

所述第二金属层上设置有第一开槽，所述第一谐振腔和所述第三谐振腔通过所述第一开槽实现磁耦合；

所述第二金属层上设置有第二开槽，所述第二谐振腔和所述第三谐振腔通过所述第二开槽实现磁耦合。

2.根据权利要求1所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第一介质基板通过设置若干金属化过孔以形成第一谐振腔、第二谐振腔、输入波导、第一输出波导和第二输出波导。

3.根据权利要求1所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第二介质基板通过设置若干金属化过孔以形成第三谐振腔。

4.根据权利要求2所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第一介质基板的金属化过孔沿所述第一介质基板的边缘呈方形阵列排布。

5.根据权利要求3所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第二介质基板的金属化过孔沿所述第二介质基板的边缘呈方形阵列排布。

6.根据权利要求1所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第一谐振腔和第二谐振腔均产生TE101模。

7.根据权利要求1所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第三谐振腔产生TE102模。

8.根据权利要求1所述的多层基片集成波导三阶滤波功分器，其特征在于，所述第一输出波导和第二输出波导中心对称。

说明书

一种多层基片集成波导三阶滤波功分器

技术领域

[0001] 本发明涉及微波无源器件领域，特别涉及一种多层基片集成波导三阶滤波功分器。

背景技术

[0002] 近些年来，功分器、滤波器作为主流无源器件，在通信系统中受到大量关注。一方面，功分器主要用于多通道功率分配和合成，特别是在相控阵雷达中，由几百上千个天线单元组成，需要大量功分器实现；另一方面，为了保证进入系统的频谱干净，需要通过滤波器实现频率选择。但是，需要指出的是，同时采用滤波器和功分器分别实现频选特性和功分性能，将增加器件数量，进而影响系统的成本和体积，不利于低成本和小型化。

[0003] 基片集成波导技术是基于波导结构集成化思想而提出的，一般通过在双面覆铜的低损耗介质基片上下金属面间引入周期性金属化通孔阵列，这样上下金属面相当于介质填充矩形波导的宽边。自基片集成波导技术产生以后，首先被大量的应用到各种带通滤波器的设计中，通过引入多个传输零点来改善其频选特性的同时，会由于多个谐振器的存在造成电路面积的增大和通带内插入损耗的恶化。

[0004] 经对现有的基片集成波导滤波功分器进行检索后发现，专利“一种多路基片集成波导滤波功分器”(专利号：CN 104091990 A)介绍了一种基于多层基板的基片集成波导滤波功分器，通过级联感性窗的方式产生滤波性能，然而，此滤波功分器的滤波性能较差，高、低阻带无传输零点，边带抑制较为平缓。如IEEE Microwave and Wireless Component Letters第21卷中发表的巴伦滤波器(Design of a substrate integrated waveguide balun filter based on three port coupled-resonator circuit model)，为了实现准椭圆滤波特性，其引入了六个基片集成波导谐振器，其中有一个谐振器工作在TE102模式，用以在滤波功分器基础上实现180度相位差得到巴伦特性，该尺寸较大。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种结构紧凑、空间利用率高，且同时具备高频率选择性和功分特性的基片集成波导三阶滤波功分器。

[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种多层基片集成波导三阶滤波功分器，包括层叠设置的第一金属层、第二金属层以及第三金属层，所述第一金属层与第二金属层之间设置有第一介质基板，所述第二金属层与所述第三金属层之间设置有第二介质基板；

[0007] 所述第一介质基板上设置有第一谐振腔、第二谐振腔、输入波导、第一输出波导和第二输出波导；

[0008] 所述第二介质基板上设置有第三谐振腔；

[0009] 所述输入波导激励所述第一谐振腔，所述第一输出波导和第二输出波导同时激励所述第一谐振腔和第二谐振腔；

[0010] 所述第二金属层用于调节所述第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔的磁耦合系数，以获取两个传输零点。

[0011] 较佳地，所述第一介质基板通过设置若干金属化过孔以形成第一谐振腔、第二谐振腔、输入波导、第一输出波导和第二输出波导。

[0012] 较佳地，所述第二介质基板通过设置若干金属化过孔以形成第三谐振腔。

[0013] 较佳地，所述第一介质基板的金属化过孔沿所述第一介质基板的边缘呈方形阵列排布。

[0014] 较佳地，所述第二介质基板的金属化过孔沿所述第二介质基板的边缘呈方形阵列排布。

[0015] 较佳地，所述第一谐振腔和第二谐振腔均产生TE101模。

[0016] 较佳地，所述第三谐振腔产生TE102模。

[0017] 较佳地，所述第二金属层上设置有第一开槽，所述第一谐振腔和第三谐振腔通过所述第一开槽实现磁耦合。

[0018] 较佳地，所述第二金属层上设置有第二开槽，所述第二谐振腔和第三谐振腔通过所述第二开槽实现磁耦合。

[0019] 较佳地，所述第一输出波导和第二输出波导中心对称。

[0020] 与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

[0021] 1、本发明通过调节上下腔体间的电磁耦合强度，获取额外的传输零点，在不改变现有滤波器尺寸同时，集成功分器特性，同时具有频选特性和功分性能。

[0022] 2、本发明通过利用底层基片集成波导腔中的TE102模式实现180度相位变换，从而实现准椭圆滤波特性。

[0023] 3、本发明采用新颖的堆叠耦合拓扑来实现高性能基片集成波导元件。

[0024] 4、本发明采用化学腐蚀，即印刷电路板的结构，便于加工。

[0025] 5、本发明结构紧凑，空间利用率高，可用于微波毫米波电路设计、微波毫米波集成电路设计等。

[0026] 当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

[0028] 图1是本发明实施例多基片集成波导三阶滤波功分器的结构示意图。

[0029] 图2是本发明实施例多基片集成波导三阶滤波功分器的磁耦合拓扑结构示意图。

[0030] 图3是本发明实施例多基片集成波导三阶滤波功分器的第一介质基板结构示意图。

[0031] 图4是本发明实施例多基片集成波导三阶滤波功分器的第二层金属层结构示意图。

[0032] 图5是本发明实施例多基片集成波导三阶滤波功分器的第二介质基板结构示意图。

[0033] 图6是本发明实施例多基片集成波导三阶滤波功分器的频率响应曲线。

具体实施方式

[0034] 以下将结合附图对本发明提供的多层基片集成波导三阶滤波功分器进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

[0035] 实施例一

[0036] 请参考图1，一种多层基片集成波导三阶滤波功分器，包括层叠设置的第一金属层1、第二金属层2和第三金属层3，第一金属层1与第二金属层2之间设置有第一介质基板4，第二金属层2与所述第三金属层3之间设置有第二介质基板5；

[0037] 第一介质基板4上设置有第一谐振腔6、第二谐振腔7、输入波导11、第一输出波导12和第二输出波导13；

[0038] 输入波导11、第一输出波导12和第二输出波导13由第一介质基板4的基片集成波导端口转成第一金属层1微带端口输出。

[0039] 第二介质基板5上设置有第三谐振腔8；

[0040] 输入波导11激励第一谐振腔6，第一输出波导12和第二输出波导13同时激励第一谐振腔6，且第一输出波导12和第二输出波导13同时激励第二谐振腔7；

[0041] 结合图1，请参考图4，第二金属层2设置有若干开槽，本实施例中，第二金属层2设置有2个第一开槽9和1个第二开槽10，2个第一开槽9相互平行。第一谐振腔6和第三谐振腔8通过2个第一开槽9实现磁耦合，第二谐振腔7和第三谐振腔8通过第二开槽实现磁耦合，通过调整第一谐振腔6、第二谐振腔7和第三谐振腔8间的磁耦合强度，以获取高、低阻带传输零点。

[0042] 本实施例中，请参考图2，输入波导11激励第一谐振腔6；第一输出波导12激励第一谐振腔6和第二谐振腔7，第二输出波导13激励第一谐振腔6和第二谐振腔7；第一谐振腔6激励第三谐振腔8；第二谐振腔7激励第三谐振腔8。

[0043] 结合图1，请参考图3，第一介质基板4通过沿第一介质基板4的边缘设置若干金属化过孔，这些金属化过孔呈方形阵列排布，以构成第一谐振腔6、第二谐振腔7、输入波导11、第一输出波导12和第二输出波导13。

[0044] 结合图1，请参考图5，第二介质基板5通过沿第二介质基板5的边缘设置若干金属化过孔，这些金属化过孔呈方形阵列排布，以构成第三谐振腔8。

[0045] 作为一种实施例，所述第一谐振腔6和第二谐振腔7均产生TE101模。

[0046] 作为一种实施例，所述第三谐振腔8产生TE102模，利用TE102模式实现180度相位变换，从而实现准椭圆滤波特性。

[0047] 作为一种实施例，第一输出波导和第二输出波导呈中心对称。

[0048] 实施例二

[0049] 结合图1，请参考图3～图5，将多阶基片集成波导三阶滤波功分器的中心频率控制在6.8GHz，第一介质基板4和第二介质基板5采用的基板材料为Rogers RO4350B，介电常数为3.48，厚度为0.508mm；第一介质基板和第二介质基板上所有的金属化过孔的直径d＝0.7mm，间距p＝1.5mm；第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔的宽度l＝15mm；第一开槽9的长度l1＝4.5mm,宽度w1＝1.2mm；第二开槽10的长度l2＝6.9mm,宽度w2＝1.2mm。

[0050] 请参考图6，可知，上述多阶基片集成波导三阶滤波功分器的中心频率为6.77GHz，且两输出通道等幅同相：输入波导11到第一输出波导12的频率响应曲线S21和输入波导11到第二输出波导13的频率响应曲线S31几乎重合，且S21和S31间相位差在2deg以内。其中，1-dB带宽约为400MHz，通带内最小插入损耗4.55dB，回波损耗约15dB左右。两个零点的位置分别位于6.2GHz和7.22GHz。

[0051] 以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。