本發(fā)明屬于微波器件技術領域，特別是一種結構簡單、尺寸小、易于加工的開路枝節(jié)加載的半模基片集成波導帶通濾波器。

背景技術：

帶通濾波器廣泛應用于微波中繼通信、微波衛(wèi)星通信以及電子對抗領域。隨著微波毫米波通信系統(tǒng)的高集成、小型化，要求帶通濾波器也要同步實現高集成、小型化。然而，使用傳統(tǒng)技術(如用金屬波導和微帶線設計出的濾波器)設計的濾波器很難滿足要求?；刹▽?Substrate Integrated Waveguide,SIW)結構用金屬通孔替代矩形波導的金屬側壁，并在介質基板的上下兩個表面覆蓋金屬層構成諧振腔，可以將電磁場限制在這個區(qū)域中傳播，此時電磁場的傳輸特性與在傳統(tǒng)的金屬波導中的傳輸特性相同?；刹▽Ю^承了矩形波導的損耗低、品質因數高、功率容量大等優(yōu)點，同時也集合了微帶的低剖面、尺寸小、易于與其他平面電路集成等優(yōu)點。半?；刹▽?Half-mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)結構在基片集成波導結構的基礎上發(fā)展而來，有著相似的傳輸特性，更是將尺寸減小一半，符合微波毫米波發(fā)展的趨勢，應用前景更廣闊。

中國發(fā)明專利“半?；刹▽V波器”(申請?zhí)枺?00610096373.9，公開日：2007.03.07)公開了一種半?；刹▽V波器，利用金屬表面的槽縫控制級聯的半?；刹▽еC振器之間的耦合來形成濾波功能，其運用半?；刹▽ЫY構，使濾波器的尺寸縮減了一半。但是金屬表層蝕刻的槽線較窄，加工難度大。

中國發(fā)明專利“一種介質加載半?；蓭V波器”(申請?zhí)枺?01610158996.8，公開日：2016.06.08)采用在半?；刹▽е屑虞d介質柱的方法來實現濾波響應，其面積小且上阻帶較寬，但是在半模基片集成波導中加載的金屬柱以及在半?；刹▽卧g蝕刻的階梯阻抗槽線仍舊增加了加工難度，結構也較為復雜。

現有技術存在的問題是：帶通濾波器結構復雜、整體尺寸大、加工精度要求。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種開路枝節(jié)加載的半?；刹▽V波器，其結構簡單、尺寸小、易于加工。

實現本發(fā)明目的技術解決方案為：

一種開路枝節(jié)加載的半?；刹▽V波器，包括下表面設有金屬接地板的矩形介質基板，在所述介質基板的上表面設有半模基片集成波導及多個通過所述半?；刹▽я詈系拈_路枝節(jié)線諧振器，所述開路枝節(jié)線諧振器的一側接輸入饋線，所述開路枝節(jié)線諧振器的一側接輸出饋線，所述半?；刹▽c金屬接地板通過多個金屬化孔相連。

本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為：

1、結構簡單：該濾波器采用開路枝節(jié)加載的半?；刹▽ЫY構，饋線采用抽頭式，整個濾波器呈中心軸鏡像對稱，仿真建模相對簡單。

2、易于加工：該濾波器采用平面結構，大大降低了加工難度。

3、整體尺寸?。涸摓V波器采用半?；刹▽ЫY構，相比于使用傳統(tǒng)技術或者基片集成波導結構設計出的濾波器，在尺寸上面大大減小。

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明開路枝節(jié)加載的半?；刹▽V波器的結構示意圖；

圖2是圖1中上層電路結構示意圖；

圖3是圖1中下層接地板結構示意圖；

圖4是半模基片集成波導四階帶通濾波器的幾何尺寸示意圖；

圖5是實施例一：帶寬為40％的半模基片集成波導四階帶通濾波器的仿真與測試頻率響應特性曲線圖；

圖6是實施例二：帶寬為15％的半模基片集成波導四階帶通濾波器的仿真與測試頻率響應特性曲線圖。

具體實施方式

如圖1、3所示，本發(fā)明開路枝節(jié)加載的半?；刹▽V波器，包括下表面設有金屬接地板2的矩形介質基板1，在所述介質基板1的上表面設有半模基片集成波導3及多個通過所述半模基片集成波導3耦合的開路枝節(jié)線諧振器41、42、43、44，所述開路枝節(jié)線諧振器41的一側接輸入饋線5，所述開路枝節(jié)線諧振器44的一側接輸出饋線6，所述半模基片集成波導3與金屬接地板2通過多個金屬化孔7相連。

如圖2所示，所述半?；刹▽?為矩形，其長邊與介質基板1的長邊平行，其周邊與介質基板1的周邊均保持距離，所述多個開路枝節(jié)線諧振器41、42、43、44平行排列在半?；刹▽?的一側，一端與所述半?；刹▽?垂直連接，所述輸入饋線5與介質基板1的長邊平行，其一端設于介質基板1的短邊長，另一端與相鄰的開路枝節(jié)線諧振器41重直相連，所述輸出饋線6與介質基板1的長邊平行，其一端設于介質基板1的另一短邊長，另一端與相鄰的開路枝節(jié)線諧振器44重直相連，所述多個金屬化孔7與半?；刹▽?遠離所述開路枝節(jié)線諧振器41、42、43、44的一側相連。

優(yōu)選地，所述多個金屬化孔7的中心連線與介質基板1的長邊平行，相鄰金屬化孔7之間的距離相等。

所述金屬化孔7的直徑為0.3mm，相鄰金屬化孔7之間的距離為1mm。

優(yōu)選地，所述開路枝節(jié)線諧振器41、42、43、44的個數為4個，即形成四階帶通濾波器。

所述多個開路枝節(jié)線諧振器41、42、43、44的長度相當，對應于所述帶通濾波器中心頻率處的λ/4波長。

結合濾波器設計理論，采用開路枝節(jié)加載的HMSIW結構進行帶通濾波器設計，開路枝節(jié)線的長度對應于中心頻率的λ/4波長，通過控制其長度可以方便的調節(jié)中心頻率的位置；半模基片集成波導結構的尺寸對應于耦合強度的大小，抽頭位置控制外部Q值的大小，可以方便的調節(jié)濾波器的帶寬。

所述輸入饋線(5)、接輸出饋線(6)均為50歐姆微帶線。

介質基板1的介電常數ε_r通常為2～10，高度通常為0.2～1mm，介質基板1上層的50歐姆微帶線4和5為激勵的輸入/輸出端口，寬度通常為0.3～2mm。

如圖4所示，實施例一是相對帶寬為40％的四階帶通濾波器，濾波器尺寸為42.15mm×45.3mm×0.508mm，介質基板為Rogers RO4003(tm)，相對介電常數為3.55。濾波器的中心頻率為2.45GHz，帶寬為0.98GHz。w₀、l₀分別為介質基板1的寬度和長度，w₁、l₁分別為開路枝節(jié)線41、44的線寬和線長，w₂、l₂分別為開路枝節(jié)線42、43的線寬和線長，w₃、l₃分別為輸入饋線5和輸出饋線6線寬和線長，l₄為饋線5、6距離開路枝節(jié)線41、44開路端的長度，a、b分別為半?；刹▽ЫY構3的寬度和長度，c₁為開路枝節(jié)線41和42之間的距離、43和44之間的距離，c₂為開路枝節(jié)線42、43之間的距離，d為金屬化通孔7的直徑，v為金屬化通孔7孔間的距離。通過仿真優(yōu)化得到各參數值具體如下：

w₀＝45.3mm，l₀＝42.16mm，w₁＝1.5mm，l₁＝12.4mm，w₂＝1.5mm，l₂＝12.6mm，w₃＝1.15mm，l₃＝7mm，l₄＝9.75mm，a＝16mm，b＝31.3mm，c₁＝8mm，c₂＝9.3mm d＝0.3mm，v＝1mm。

本實例使用ANSYS公司的全波電磁仿真軟件HFSS進行仿真，經過加工測試，頻率響應曲線如圖5所示，其中虛線為仿真結果，實線為測試結果。仿真濾波器中心頻率2.45GHz，3dB帶寬為1.04GHz，回波損耗優(yōu)于-15.1dB，插入損耗為0.45dB；實測濾波器的中心頻率2.45GHz，3dB帶寬為1.09GHz，回波損耗優(yōu)于-13.2dB，插入損耗為0.8dB。仿真結果與測試結果吻合良好，滿足設計指標，符合實際應用要求。

從上述分析可知，開路枝節(jié)線的長度控制著帶通濾波器的中心頻率；半?；刹▽ЫY構實現了開路枝節(jié)諧振器之間的耦合，其長度和寬度可以控制耦合強度；抽頭位置控制外部Q值的大小。因此，此開路枝節(jié)加載的半模基片集成波導結構能夠實現較大相對帶寬范圍的濾波器。

如圖4所示，實施例二是帶寬為15％的帶通濾波器，濾波器尺寸為26.15mm×26.4mm×0.508mm，介質基板為Rogers RO4003(tm)，相對介電常數為3.55。通過仿真優(yōu)化得到各參數值具體如下：

w₀＝26.4mm，l₀＝31.75mm，w₁＝1.5mm，l₁＝15.4mm，w₂＝1.5mm，l₂＝15.9mm，w₃＝1.15mm，l₃＝7mm，l₄＝12.85mm，a＝4.9mm，b＝12.4mm，c₁＝2.1mm，c₂＝2.2mm d＝0.3mm，v＝1mm。

經過仿真和加工測試，頻率響應曲線如圖6所示，其中虛線為仿真結果，實線為測試結果。仿真濾波器中心頻率2.45GHz，3dB帶寬為0.42GHz，回波損耗優(yōu)于-18.7dB，插入損耗為0.9dB；實測帶通濾波器中心頻率2.43GHz，3dB帶寬為0.39GHz，回波損耗優(yōu)于-16.8dB，插入損耗為1.4dB，可以看出仿真結果與實測結果吻合良好。