專利名稱：雙模圓形基片集成波導腔體濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種應用于微波毫米波電路的設計和微波毫米波集成電路的設計、微波毫米波無源部件設計的雙模圓形基片集成波導腔體濾波器，屬于集成波導腔體濾波器設計的技術領域。
背景技術：
濾波器是電路系統(tǒng)重要的基本單元電路之一，它的性能對系統(tǒng)整體的選擇性、噪聲系數(shù)、增益、靈敏度等都有重要影響。微波毫米波電路中常用的有基于金屬波導的濾波器和基于微帶線、共面線等平面電路的濾波器?；诮饘俨▽У臑V波器通常具有高Q、低損耗、選擇性較好等優(yōu)點，但其加工精度要求極高、成本高、體積大、與有源電路較難集成。而基于微帶線、共面線等平面電路技術的濾波器雖易與有源電路集成，但通常存在較大的輻射，損耗大，Q值低，性能較差。輻射還易引起空間耦合，破壞電路工作穩(wěn)定性?；刹▽Ъ夹g具有平面電路的易集成、制作方便等優(yōu)點，又具有與金屬波導濾波器近似的優(yōu)良性能。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是提出一種雙模圓形基片集成波導腔體濾波器，該濾波器具有陟峭的上邊帶過渡特性和改善的上邊帶阻帶的可用帶寬，提高實用性，同時具有易與有源電路集成，損耗較低，體積較小，成本低，容易大批量生產(chǎn)的優(yōu)點。
技術方案本發(fā)明的雙模圓形基片集成波導腔體濾波器采用圓形基片集成波導腔體，腔體工作于雙模模式下，其結構為在介質基片下表面完全覆蓋下表面金屬層，在介質基片的上表面設有上表面金屬層，上表面金屬層包括金屬層、三角形漸變線、輸入和輸出微帶線；雙模腔體為介質基片中由上表面金屬層、下表面金屬層和由多個金屬化通孔形成的側壁共同圍成的兩個圓形腔體，圓形腔體的圓周上分別設有第一耦合縫隙和第二耦合縫隙，兩個相鄰的圓形腔體之間的第二耦合縫隙由第二波導段連接，兩個相鄰的圓形腔體的第一波導段接第一耦合縫隙，結構關于中心旋轉對稱；三角形漸變線的外端接輸入和輸出微帶線，三角形漸變線的內端接金屬層并位于第一耦合縫隙外、第一波導段內。第一耦合縫隙和第二耦合縫隙關于腔體中心所張的角度α取值范圍在110至于130度之間。
濾波器基于基片集成波導技術，以成圓形狀排列的金屬化通孔和介質上下表面的金屬層圍成圓形腔體。腔體為圓形超尺寸腔體，其尺寸選擇使腔體二階本征模頻率等于濾波器上邊帶傳輸零點。腔體通過級聯(lián)組成濾波器。
濾波器輸入(和輸出)為微帶線，腔體通過縫隙與一段基片集成波導相耦合，基片集成波導再經(jīng)一段三角形漸變線過渡到輸入(和輸出)的微帶線。選擇基片集成波導段長度遠小于1/4波長，具體長度要經(jīng)仿真優(yōu)化。三角形線變線則依常規(guī)設計。
腔體之間由縫隙經(jīng)一段基片集成波導相互耦合，基片集成波導寬度與縫隙寬度相等。加入的波導段用于調整腔體間耦合系數(shù)的幅度和相位，以實現(xiàn)雙模濾波器的全部傳輸極點，其寬度與長度要優(yōu)化產(chǎn)生。
任一腔體的兩耦合縫隙關于腔體中心所張的角度一般在120度附近優(yōu)化調整。它主要是用于在上邊帶阻帶中再產(chǎn)生一個傳輸零點，以抵消腔體間加入基片集成波導段后在濾波器特性曲線的上阻帶中產(chǎn)生的尖峰，從而展寬上阻帶可用帶寬，并增加阻帶衰減。角度增加，零點頻率增加，反之則減小。
一般合理設計的基片集成波導腔體與介質填充的金屬腔體等效。級聯(lián)的腔體經(jīng)耦合縫隙相互耦合而形成濾波器。輸入輸出腔體通過耦合縫隙、基片集成波導、漸變線過渡至微帶線，并通過微帶線與外部電路連接。激勵波經(jīng)微帶在腔體內激發(fā)振蕩，由耦合腔體濾波后從輸出端微帶輸出選頻后的信號，完成濾波作用。本濾波器可視作一類新型的耦合諧振電路濾波器，因此設計可參考有關理論。
每個諧振單元(即腔體)形狀、尺寸和耦合方式經(jīng)適當選擇工作在雙模諧振方式下，其特性不僅具有等效于兩級主模腔體的濾波特性，更由于其特有的零點安排，使濾波器上邊帶過渡更為陡峭，可用阻帶也具有較寬的帶寬。
有益效果本發(fā)明的雙模圓形基片集成波導腔體濾波器，每個腔體為濾波器貢獻兩個極點，在通帶上邊帶緊鄰通帶處貢獻一個傳輸零點，從而使上邊帶過渡特性陡峭，選擇性變好。
由適當選擇的腔體兩個耦合縫隙之間的夾角再產(chǎn)生第二個傳輸零點，可展寬上邊帶的阻帶寬度，并可提高上邊帶阻帶衰減量。
圓形腔體的更高階本征頻率與雙模濾波器通帶頻率之間間距高于其它形狀腔體，因而上邊帶阻帶的可用帶寬更高。
輸入的耦合方式過渡中加入了波導段，其截止頻率高于腔體的主模，因此可抑制腔體的主模響應，改善了濾波器的下邊帶特性。其長度經(jīng)優(yōu)化后遠小于以往此類過渡段長度但卻不影響性能，濾波器總長度因此而縮小。
還具有有源電路集成方便的優(yōu)點，腔體消除了輻射損耗，具有較高的Q值，上下表面均由金屬化孔相連，接地和隔離方便，利用成熟的標準工業(yè)工藝，成本低。


圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖。圖中有雙模腔體1，第一耦合縫隙21、第二耦合縫隙22，第一波導段31、第二波導段32，金屬層4，漸變線5，輸入和輸出微帶線6，金屬化通孔7，介質基片8。
圖2是本發(fā)明實施例的幾何參數(shù)示意圖。α為腔體的兩耦合縫隙關于腔體中心所張的角度。各部分的外形尺寸W1～W6、L1～L6，腔體半徑R。
圖3為采集的數(shù)據(jù)繪制而成的圖形，顯示了較寬范圍內包括阻帶和通帶的頻率響應特性。
具體實施例方式
本發(fā)明的雙模圓形基片集成波導腔體濾波器采用圓形基片集成波導腔體，腔體工作于雙模模式下，其結構為在介質基片8下表面完全覆蓋下表面金屬層，在介質基片8的上表面設有上表面金屬層，上表面金屬層包括金屬層4、三角形漸變線5、輸入和輸出微帶線6；雙模腔體1為介質基片8中由上表面金屬層、下表面金屬層和由多個金屬化通孔7形成的側壁共同圍成的兩個圓形腔體，圓形腔體的圓周上分別設有第一耦合縫隙21和第二耦合縫隙22，兩個相鄰的圓形腔體之間的第二耦合縫隙22由第二波導段32連接，兩個相鄰的圓形腔體的第一波導段31接第一耦合縫隙21，結構關于中心旋轉對稱；三角形漸變線5的外端接輸入和輸出微帶線6，三角形漸變線5的內端接金屬4并位于第一耦合縫隙21外、第一波導段31內。第一耦合縫隙21和第二耦合縫隙22關于腔體中心所張的角度α取值范圍在110至于130度之間。
在中心頻率約25GHz處實現(xiàn)雙模圓形基片集成波導腔體濾波器實例，利用標準的印刷電路版(PCB)工藝制作，并測試了其整體性能?；x用Rogers Duroid5880，其介質常數(shù)為2.2，厚度0.5mm。圖2為實例真實結構，其中各幾何參數(shù)分別取值如下(如果標注的端為孔，則以孔的中心為端點)，單位mmL1＝3.404，L2＝4.500，L3＝4.412，L4＝0.668，L5＝1.318，L6＝4.250，L7＝15.619，W1＝4.080，W2＝3.930，W3＝1.920，W4＝1.500，W5＝5.500，W6＝24，角度α＝110°，金屬化通孔的直徑都為0.5mm，腔體半徑R＝4.830mm。
標注為L1和L6的一段分別沿線有5和6個孔(含端點)，均勻分布。構成腔體的兩段沿圓弧分布的孔分別有21和7個(含端點)，沿弧均勻分布?？椎闹睆绞侵缚椎慕饘賹拥耐鈴?，在所用孔為非實心孔時尤其應注意這一點。孔徑的準確性對性能有較大影響，一般加工程序中會有一個補償處理，即在標稱值上增加約0.1mm鉆孔，這將帶來顯著誤差，在制作樣本時必須明確要求金屬化孔不能作補償。構造濾波器時首先固定各耦合縫隙兩側的金屬化孔位置和孔的數(shù)量，其余孔按均勻分布原則復制而成。濾波器樣本在自制測試夾具上測試，下述所有測試數(shù)據(jù)中的S21都包含兩個2.4mm同軸接頭和同軸向微帶的過渡引入的共約0.75dB插入損耗。測試設備為安捷倫(Agilent)矢量網(wǎng)絡分析儀E8363B。
圖3為采集的數(shù)據(jù)繪制而成的圖形，顯示了較寬范圍內包括阻帶和通帶的頻率響應特性。從測試結果中可以發(fā)現(xiàn)，濾波器插入損耗2.46dB(扣除接頭等的損耗，濾波器的實際插入損耗為1.71dB)。3dB頻帶為24.36-25.59GHz，帶寬為1.23GHz。若阻帶定義為S21<-40dB，則上邊帶從-3dB過渡到-40dB的過渡帶為0.41GHz，阻帶范圍為26.00GHz-31.57GHz，寬5.57GHz。實際上，阻帶的絕大部分頻率范圍內阻帶衰減超過47dB.結果顯示，濾波器具有優(yōu)良性能。
權利要求
1.一種雙模圓形基片集成波導腔體濾波器，其特征在于采用圓形基片集成波導腔體，腔體工作于雙模模式下，其結構為在介質基片(8)下表面完全覆蓋下表面金屬層，在介質基片(8)的上表面設有上表面金屬層，上表面金屬層包括金屬層(4)、三角形漸變線(5)、輸入和輸出微帶線(6)；雙模腔體(1)為介質基片(8)中由上表面金屬層、下表面金屬層和由多個金屬化通孔(7)形成的側壁共同圍成的兩個圓形腔體，圓形腔體的圓周上分別設有第一耦合縫隙(21)和第二耦合縫隙(22)，兩個相鄰的圓形腔體之間的第二耦合縫隙(22)由第二波導段(32)連接，兩個相鄰的圓形腔體的第一波導段(31)接第一耦合縫隙(21)，結構關于中心旋轉對稱；三角形漸變線(5)的外端接輸入和輸出微帶線(6)，三角形漸變線(5)的內端接金屬層(4)并位于第一耦合縫隙(21)外、第一波導段(31)內。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙模圓形基片集成波導腔體濾波器，其特征在于第一耦合縫隙(21)和第二耦合縫隙(22)關于腔體中心所張的角度a取值范圍在110至于130度之間。
全文摘要
雙模圓形基片集成波導腔體濾波器是一種應用于微波毫米波電路的設計和微波毫米波集成電路的設計、微波毫米波無源部件設計的雙模圓形基片集成波導腔體濾波器，該濾波器采用圓形基片集成波導腔體，腔體工作于雙模模式下，其結構為在介質基片下表面完全覆蓋下表面金屬層，在介質基片(8)的上表面設有上表面金屬層，雙模腔體(1)為介質基片中由上表面金屬層、下表面金屬層和由多個金屬化通孔(7)形成的側壁共同圍成的兩個圓形腔體，圓形腔體的圓周上分別設有第一耦合縫隙(21)和第二耦合縫隙(22)，兩個相鄰的圓形腔體之間的第二耦合縫隙由第二波導段(32)連接，兩個相鄰的圓形腔體的第一波導段(31)接第一耦合縫隙(21)。
文檔編號H01P1/20GK1851976SQ200610039719
公開日2006年10月25日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權日2006年4月21日
發(fā)明者洪偉, 湯紅軍 申請人:東南大學