本發(fā)明涉及無線移動(dòng)通信領(lǐng)域的頻率選擇性元器件領(lǐng)域，特別涉及一種單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信等方面的迅猛發(fā)展，對(duì)微波集成電路提出了更高的要求。高可靠的設(shè)備要求微波集成電路在滿足電氣性能指標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)盡可能減小電路占用面積。

現(xiàn)今，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，頻率資源越來越緊張，由于頻譜資源的不可再生性，濾波器的角色更顯關(guān)鍵。在現(xiàn)代微波通信系統(tǒng)中，尤其是衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)高品質(zhì)因數(shù)(Q值)、等時(shí)延、帶內(nèi)低插入損耗、帶外高抑制特性的窄帶帶通濾波器的需求越來越大。其中高品質(zhì)因數(shù)和等時(shí)延不會(huì)對(duì)信號(hào)的相位產(chǎn)生影響；較低的帶內(nèi)插損則不會(huì)在過濾信號(hào)時(shí)對(duì)有用的頻譜產(chǎn)生影響；帶外較高的抑制特性則會(huì)對(duì)無用的頻譜信號(hào)進(jìn)行抑制，從而使得獲取的信號(hào)更容易被識(shí)別，不會(huì)為噪聲所影響。

普通類型的微波濾波器，諸如最平坦(Butterworth)型和契比雪夫(Chebyscheff)型濾波器，已經(jīng)不能滿足這些要求。橢圓或準(zhǔn)橢圓型濾波器因其具有有限頻率傳輸零點(diǎn)而在通帶和阻帶都有較好的性能，故能滿足系統(tǒng)日益提高的要求。

現(xiàn)今，應(yīng)用于移動(dòng)和無線通信系統(tǒng)的頻率相對(duì)較低，從而使得微帶濾波器在電路設(shè)計(jì)中占據(jù)了較為主要的地位，這主要是因?yàn)槠渚哂械统杀?，高品質(zhì)因數(shù)，易加工等優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的耦合諧振器濾波器中，需要在不相鄰的諧振器間引入交叉耦合來得到傳輸零點(diǎn)，這就意味著零點(diǎn)的數(shù)目和諧振器的數(shù)目是成正比的。因此，在通過引入多個(gè)傳輸零點(diǎn)來改善其頻選特性的同時(shí)，會(huì)由于多個(gè)諧振器的存在造成電路面積的增大和通帶內(nèi)插入損耗的惡化。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)濾波器進(jìn)行檢索后發(fā)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)小型化，將基片集成波導(dǎo)垂直堆疊，如IEEE TRANS.ON MICROWAVE AND THEORY TECHNOLOGY第55卷中發(fā)表的濾波器(Design of vertically stacked waveguide filters in LTCC)一文，通過級(jí)聯(lián)四個(gè)基片集成波導(dǎo)諧振器來獲取準(zhǔn)橢圓特性，從而達(dá)到改善邊帶陡峭性的目的。然而，其需要多層工藝才能實(shí)現(xiàn)，通帶的寄生特性較差，對(duì)于無用信號(hào)即噪聲的抑制度不夠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種單腔基片集成波導(dǎo)濾波器，在不增加原有電路的面積基礎(chǔ)上，僅僅通過加載微帶諧振器，從而實(shí)現(xiàn)特定的耦合拓?fù)?，大大改善了其頻率選擇性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種單腔基片集成波導(dǎo)濾波器，其包括：依次堆疊的頂面金屬層、中間介質(zhì)板以及底面金屬層，其中，

所述頂面金屬層上設(shè)置有：輸入微帶線、輸出微帶線、雙模微帶諧振器、交指型槽線以及垂直槽線，所述垂直槽線沿所述頂面金屬層的豎直中心線方向設(shè)置，所述雙模微帶諧振器與所述垂直槽線的一端相連，所述交指型槽線與所述垂直槽線交叉設(shè)置；

所述中間介質(zhì)板上設(shè)置有金屬化過孔，所述中間介質(zhì)板與所述頂面金屬層之間形成基片集成波導(dǎo)腔；

所述頂面金屬層用于在高低邊帶獲取至少四個(gè)傳輸零點(diǎn)。

較佳地，所述雙模微帶諧振器包括：兩個(gè)開口諧振環(huán)，兩個(gè)所述開口諧振環(huán)呈T字型排布。

較佳地，所述雙模微帶諧振器關(guān)于所述頂面金屬層的豎直中心線對(duì)稱。

較佳地，所述輸入微帶線與所述輸出微帶線關(guān)于所述頂面金屬層的豎直中心線對(duì)稱。

較佳地，所述交指型槽線與所述垂直槽線垂直交叉設(shè)置。

較佳地，所述輸入微帶線和所述輸出微帶線的一端懸空，用于焊接SMA接頭進(jìn)行測(cè)試。

較佳地，所述垂直槽線的長(zhǎng)度和寬度用于控制諧波抑制的抑制度。

較佳地，所述交指槽線的長(zhǎng)度和寬度用于控制所述傳輸零點(diǎn)的位置。

較佳地，所述雙模諧振器的長(zhǎng)度和寬度用于控制單腔基片集成波導(dǎo)濾波器的帶寬。

較佳地，所述雙模微帶形為刻蝕所述頂面金屬層所形成。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器，在不增加原有電路的面積基礎(chǔ)上，僅僅通過加載微帶諧振器，從而實(shí)現(xiàn)特定的耦合拓?fù)?，大大改善了其頻率選擇性；

(2)本發(fā)明的單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器，在高低邊帶各獲得了至少兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，在高邊帶獲得了第二個(gè)傳輸零點(diǎn)，對(duì)第一個(gè)寄生通帶進(jìn)行了抑制，即本發(fā)明的濾波器同時(shí)具有較好的諧波抑制特性；

(3)本發(fā)明中的微帶諧振器，通過刻蝕基片集成波導(dǎo)上表面的金屬層實(shí)現(xiàn)，因此，本電路結(jié)構(gòu)具有成本低、簡(jiǎn)便易行的優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器的俯視透視圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例的單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器的尺寸標(biāo)示圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中的L5變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況；

圖5為本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中的L2、L7變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況；

圖6為本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中的L7變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況；

圖7為本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中的diff變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況；

圖8為本發(fā)明的實(shí)施例的輸入端口到輸入端口的傳輸特性曲線|S11|及輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況；

圖9為本發(fā)明的實(shí)施例的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況。

標(biāo)號(hào)說明：1-頂面金屬層，2-中間介質(zhì)板，3-底面金屬層，4-基片集成波導(dǎo)腔；

11-輸入微帶線，12-輸出微帶線，13-雙模微帶諧振器，14-交指型槽線，15-垂直槽線；

131-諧振環(huán)，132-諧振環(huán)；

21-金屬化過孔。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

結(jié)合圖1-圖9，對(duì)本發(fā)明的單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器進(jìn)行詳細(xì)描述，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，如圖2為圖1的俯視透視圖，其包括：依次堆疊設(shè)置的頂面金屬層1、中間介質(zhì)板2以及底面金屬層3。其中，中間介質(zhì)版2上設(shè)置有沿邊緣陣列化分布的金屬化過孔，通過金屬化過孔與頂面金屬層1之間形成基片集成波導(dǎo)腔4。頂面金屬層1上設(shè)置有輸入微帶線11、輸出微帶線12、雙模微帶諧振器13、交指型槽線14以及垂直槽線15，垂直槽線15沿頂面金屬層的豎直中心線方向設(shè)置，雙模微帶諧振器13與垂直槽線15的一端相連，交指型槽線14與垂直槽線15交叉設(shè)置。

本實(shí)施例通過交指型槽線和垂直槽線的設(shè)置，在高低邊帶獲得了額外的傳輸零點(diǎn)，在高低邊帶各獲得了至少兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，在高邊帶獲得了第二個(gè)傳輸零點(diǎn)，對(duì)第一個(gè)寄生通帶進(jìn)行了抑制，使該濾波器同時(shí)具有較好的諧波抑制特性；且在不增加原有電路的面積基礎(chǔ)上，僅僅通過加載雙模微帶諧振器，從而實(shí)現(xiàn)特定的耦合拓?fù)?，大大改善了其頻率選擇性。

本實(shí)施例中，輸入微帶線11及輸出微帶線12的一端懸空，用于焊接SMA接頭進(jìn)行測(cè)試。

從圖2可看出，本實(shí)施例中，交指型槽線14和垂直槽線15為垂直交叉設(shè)置；雙模微帶諧振器13包括兩個(gè)開口諧振環(huán)131、132，開口諧振環(huán)131和132呈T字型排布，且131和垂直槽線15垂直分布，雙模微帶諧振器13關(guān)于頂面金屬層1的豎直中心線(即Y軸)呈對(duì)稱分布；輸入微帶線11和輸出微帶線12關(guān)于頂面金屬層1的豎直中心線呈對(duì)稱分布，這樣設(shè)置能夠減少設(shè)計(jì)變量，便于結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

單腔基片集成波導(dǎo)多傳輸零點(diǎn)濾波器的頂面金屬層的各結(jié)構(gòu)的尺寸對(duì)濾波器的各項(xiàng)特性有非常大的影響，下面通過分析各結(jié)構(gòu)的尺寸對(duì)濾波器的影響，可以根據(jù)分析結(jié)構(gòu)來設(shè)置合適的尺寸，已得到理想的濾波器。如圖3所示為頂面金屬層上的各結(jié)構(gòu)的尺寸標(biāo)示圖，其中標(biāo)出了：諧振環(huán)132的右側(cè)臂長(zhǎng)L1、垂直槽線的長(zhǎng)度L2、輸出微帶線的設(shè)置有凸出的一端到金屬化過孔的距離L3、輸出微帶線12的一端設(shè)置的凸出的垂直高度L4、諧振環(huán)131的長(zhǎng)度L5、左右兩側(cè)的金屬化過孔之間的水平距離L6以及交指型槽線14的水平長(zhǎng)度L7，還有：輸入微帶線11的寬度wid、諧振環(huán)132的中心到頂面金屬層1的水平中心線之間的距離diff以及輸出微帶線12到頂面金屬層1的水平中心線之間的距離diff2。上述這些參數(shù)都對(duì)濾波器的特性有一定的影響，可以根據(jù)不同的需求，選擇合適的尺寸。

左右兩側(cè)的金屬化過孔之間的水平距離L6對(duì)基片集成波導(dǎo)腔的諧振頻率有一定的影響，可以根據(jù)需要的頻率選擇合適的尺寸；

諧振環(huán)132的右側(cè)臂長(zhǎng)L1以及諧振環(huán)131的長(zhǎng)度L5可以影響雙模諧振器的諧振頻率，也即控制濾波器的帶寬，可以根據(jù)需要選擇合適的尺寸使其工作在特定的頻率；如圖4給出了L5變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況，可看出L5越小，則帶寬越大；

輸出微帶線12到頂面金屬層1的水平中心線之間的距離diff2可以控制傳輸零點(diǎn)在高低邊帶的位置；

垂直槽線15的長(zhǎng)度L2主要用于控制寄生通帶的抑制度，如圖5給出了L2、L7變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況，可看出當(dāng)L2為5mm時(shí)，寄生通帶被抑制；

交指型槽線14的水平長(zhǎng)度L7，用于實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端口之間的耦合強(qiáng)度，也即控制傳輸零點(diǎn)在高低邊帶的位置，如圖6給出了L7變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況，可看出隨著L7的減小，第三個(gè)傳輸零點(diǎn)位置向高頻移動(dòng)；

諧振環(huán)132的中心到頂面金屬層1的水平中心線之間的距離diff也用于控制傳輸零點(diǎn)在高低邊帶的位置，如圖7給出了diff變化時(shí)，濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況，可看出對(duì)著diff減小，第一和第二個(gè)傳輸零點(diǎn)抑制度分別變低和變高，同時(shí)第三、四個(gè)傳輸零點(diǎn)向低頻移動(dòng)。

圖8給出了測(cè)試的窄帶傳輸和回波損耗結(jié)果，圖8為輸入端口到輸入端口的傳輸特性曲線|S11|及輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的變化情況，可以得到兩對(duì)傳輸零點(diǎn)分別位于高、低邊帶，大大改善了其頻率選擇性。圖9為圖8中的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線|S21|的完整圖，即給出了該濾波器的寬帶頻率響應(yīng)，通過第四個(gè)傳輸零點(diǎn)抑制了第一個(gè)寄生通帶，大大改善了其阻帶特性。

此處公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并不是對(duì)本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。