一種混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，設(shè)置兩個左右對稱的微帶諧振器和基片集成波導諧振器，輸入輸出微帶線通過第一輸入輸出微帶連接線、第二輸入輸出微帶連接線分別連接到微帶諧振器和基片集成波導諧振器上，微帶諧振器和基片集成波導諧振器分別通過第一輸入輸出微帶連接線、第二輸入輸出微帶連接線和有耗濾波器的輸出微帶線相連；微帶諧振器、第一輸入輸出微帶連接線、第二輸入輸出微帶連接線、輸入輸出微帶線均印制在介質(zhì)基板上，基片集成波導諧振器是由介質(zhì)基板上的基片集成波導接地孔和介質(zhì)基板上下的覆銅構(gòu)成。本發(fā)明加工簡單，成本低廉；屬于平面結(jié)構(gòu)，無交叉電阻性耦合，易于實現(xiàn)。
【專利說明】一種混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波有耗濾波器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基片集成波導技術(shù)與微帶線 技術(shù)相混合的平面有耗濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代無線通信事業(yè)的飛速發(fā)展，高性能微波濾波器被廣泛用于寬頻帶通信系 統(tǒng)之中，特別是在通信衛(wèi)星，地面電臺，無線基站等場合得到了廣泛的應用。有耗濾波器作 為高性能微波濾波器的一種，必將越來越受到重視。在微波濾波器的設(shè)計過程中，設(shè)計者會 發(fā)現(xiàn)一款高性能濾波器的實現(xiàn)往往需要高Q值的微波諧振器。一旦諧振器的材料和形狀確 定之后，此諧振器的Q值就被約束了。為了提高Q值，設(shè)計者必須增加諧振器的尺寸，這也 導致了濾波器尺寸和重量的增加。有耗濾波器在有效減小諧振器Q值的同時依然能夠提供 高性能的通帶響應。特別是當電磁環(huán)境日益復雜和頻譜擁擠導致的干擾頻率大量增加時， 有耗濾波器的優(yōu)勢將更加明顯。由于其平坦的帶內(nèi)特性和陡峭的邊帶特性，可以有效起到 控制有用信號、抑制有害干擾信號、支持多信道通信的作用。有耗濾波器引入的損耗可以通 過在有耗濾波器前端增加低增益低噪聲放大器（Low Gain LNA，Low Noise Amplifier)來補 償。
[0003] 根據(jù)研究報道，有耗濾波器通常的實現(xiàn)形式可以歸類為三種：1.非平面結(jié)構(gòu)，例 如基于同軸腔體諧振器的有耗濾波器，此類結(jié)構(gòu)有耗濾波器性能較好，但是體積與重量都 比較大；2.平面微帶結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)的有耗濾波器通常具有交叉電阻性耦合，交叉電阻性 耦合在某些情況下無法完全實現(xiàn)；3.混合的平面與非平面結(jié)構(gòu)，此類有耗濾波器性能較 好，但是體積與重量仍然較大。因此，平面結(jié)構(gòu)有耗濾波器具有重要的應用價值。
[0004] 目前，國內(nèi)外對有耗濾波器進行了一系列研究工作，并取得了一些成果。但是，報 道出來的有耗濾波器普遍面臨著以下一些缺陷：
[0005] (1)有耗濾波器很多采用腔體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，體積大重量重，不便于系統(tǒng)小型化與集 成。
[0006] (2) -部分有耗濾波器采用平面微帶結(jié)構(gòu)，此類有耗濾波器一般都具交叉電阻性 耦合，交叉電阻性耦合在某些運用場合很難實現(xiàn)。而且平面微帶結(jié)構(gòu)有耗濾波器通常利用 一些電阻性元件來實現(xiàn)微帶諧振器Q值的變化，對所引入的電阻性元件要求苛刻，不利于 實現(xiàn)。
[0007] (3)部分有耗濾波器采用非平面的腔體結(jié)構(gòu)與平面微帶結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)， 此種實現(xiàn)方式的有耗濾波器相比于傳統(tǒng)的腔體結(jié)構(gòu)有耗濾波器，體積和重量上有一定改 善，但還無法達到最優(yōu)。
[0008] 針對有傳統(tǒng)耗濾波器體積和重量偏大的問題，目前已有一些文獻提出利 用非均勻Q值諧振器來實現(xiàn)高性能低重量的有耗濾波器。根據(jù)"A.C.Guyett e; I. C. Hunter ；and R.D. Pollard ；The Design of Microwave Bandpass Filters using Resonators with Nonuniform Q，IEEE Trans. Microw. Theory & Tech. , pp. 3914-3922. November2006,54, (11)"中的分析，完全利用微帶諧振器來構(gòu)成有耗濾波器。這種方法 是通過將電阻元件嵌入到微帶諧振器內(nèi)部來降低諧振器Q值，同時引入了交叉電阻性耦 合。這種方法的缺點是構(gòu)成有耗濾波器諧振器的最大Q值主要受微帶介質(zhì)板控制，導致諧 振器的最大Q值偏低，有耗濾波器的插入損耗進一步增大。而且交叉電阻性耦合在某些 場合較難實現(xiàn)。另外一種利用非均勻Q值諧振器實現(xiàn)有耗濾波器的方法是根據(jù)"M. Meng ; I.C. Hunter ；and J. D. Rhodes ；The Design of Parallel Connected Filter Networks With Nonuniform Resonators,IEEE Trans. Microw. Theory & Tech.,pp.372-381. January2013,61，（1)，"所提出的結(jié)構(gòu)，有耗濾波器的實現(xiàn)是基于同軸腔體諧振器和微帶諧 振器相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，其中兩個同軸腔體串聯(lián)構(gòu)成子網(wǎng)絡(luò)1，兩個微帶諧振器串聯(lián) 構(gòu)成子網(wǎng)絡(luò)2,子網(wǎng)絡(luò)1和子網(wǎng)絡(luò)2并聯(lián)形成非均勻Q值有耗濾波器。這種方法實現(xiàn)過程中 的調(diào)節(jié)非常繁瑣，而且有耗濾波器的重量也比較大。
[0009] 無論是工業(yè)應用還是集成化的需要，尤其是移動終端和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的需求，都 急需一種設(shè)計簡單、高性能、平面結(jié)構(gòu)的有耗濾波器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，旨在解決現(xiàn)有的 有耗濾波器存在的結(jié)構(gòu)復雜，成本較高、相對帶寬較大的問題。
[0011] 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，包括：金屬地板、 介質(zhì)基板、第一輸入輸出微帶連接線、輸入輸出微帶線、第二輸入輸出微帶連接線、諧振器； 設(shè)置兩個左右對稱的微帶諧振器和基片集成波導諧振器，輸入輸出微帶線通過第一輸入輸 出微帶連接線、第二輸入輸出微帶連接線分別連接到微帶諧振器和基片集成波導諧振器 上，微帶諧振器和基片集成波導諧振器分別通過第一輸入輸出微帶連接線、第二輸入輸出 微帶連接線和有耗濾波器的輸出微帶線相連；微帶諧振器、第一輸入輸出微帶連接線、第二 輸入輸出微帶連接線、輸入輸出微帶線均印制在介質(zhì)基板上，基片集成波導諧振器是由介 質(zhì)基板上的基片集成波導接地孔和介質(zhì)基板上下的覆銅構(gòu)成。
[0012] 進一步，微帶諧振器Q值為278,基片集成波導諧振器的Q值為515 ;基片集成波導 諧振器和微帶諧振器構(gòu)成非均勻Q值有耗濾波器屬于平面有耗濾波器結(jié)構(gòu)。
[0013] 進一步，微帶諧振器的介質(zhì)板材料為RT/duroid5880,相對介電常數(shù)為2. 2,介質(zhì) 板厚度為〇. 787mm，覆銅厚度為0. 018mm，損耗角正切為0. 0009。
[0014] 進一步，微帶諧振器采用半波長諧振器。
[0015] 進一步，兩個左右對稱的微帶諧振器通過縫隙耦合形成低Q值子網(wǎng)絡(luò)，兩個基片 集成波導諧振器通過開口耦合形成高Q值子網(wǎng)絡(luò)。
[0016] 進一步，高Q值子網(wǎng)絡(luò)和低Q值子網(wǎng)絡(luò)平行放置構(gòu)成有耗濾波器網(wǎng)絡(luò)。
[0017] 本發(fā)明提供的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，采用基片集成波導結(jié)構(gòu)與微帶諧振器 結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)，是一款全平面的有耗濾波器；基于非均勻Q值諧振器構(gòu)成的有耗 濾波器，其中高Q值諧振器為基片集成波導諧振器，加工簡單，成本低廉；由于基片集成波 導諧振器Q值介于微帶諧振器和腔體諧振器之間，能實現(xiàn)微帶諧振器和腔體諧振器實現(xiàn)不 了的Q值；本發(fā)明的有耗濾波器屬于平面結(jié)構(gòu)，無交叉電阻性耦合，易于實現(xiàn)；有耗濾波器 具有很窄的帶寬，在本發(fā)明的具體實施例中，工作中心頻率為1.984GHz，帶寬為25MHz，相 對帶寬只有1. 26%，遠小于已報道的絕大部分有耗濾波器相對帶寬。本發(fā)明能根據(jù)實際需 求進行自適應改進，通過改變微帶諧振器長度、基片集成波導諧振器大小來調(diào)節(jié)有耗濾波 器工作頻段；通過改變輸入輸出與諧振器的連接位置，改變外部Q值，通過改變微帶諧振器 之間的縫隙，并且改變基片集成波導諧振器之間開口大小，改變諧振器之間的耦合；從而滿 足不同的應用需求，設(shè)計簡單靈活。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實施例提供的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖中：1、金屬地板；2、介質(zhì)基板；3、微帶半波長諧振器；4、第一輸入輸出微帶連接 線；5、輸入輸出微帶線；6、第二輸入輸出微帶連接線；7、基片集成波導諧振器；8、基片集成 波導接地孔；
[0020] 圖2是本發(fā)明實施例提供的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器的側(cè)視圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明實施例提供的插入損耗和回波損耗仿真結(jié)果圖；
[0022] 圖中：S21是插入損耗仿真結(jié)果；Sn是回波損耗仿真結(jié)果；
[0023] 圖4是本發(fā)明實施例提供的插入損耗和回波損耗實測結(jié)果圖；
[0024] 圖中：S21是插入損耗實測結(jié)果；Sn是回波損耗實測結(jié)果；
[0025] 圖5是本發(fā)明實施例提供的帶外特性仿真和實測結(jié)果圖；
[0026] 圖中：虛線是帶外特性仿真結(jié)果；實線是帶外特性實測結(jié)果；
[0027] 圖6是本發(fā)明實施例提供的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器實施例的尺寸示意圖；
[0028] 圖7是本發(fā)明實施例中高Q值子網(wǎng)絡(luò)、低Q值子網(wǎng)絡(luò)、整體有耗濾波器的傳輸特性 仿真結(jié)果圖；
[0029] 圖中：虛線是高Q值子網(wǎng)絡(luò)傳輸特性；點劃線是低Q值子網(wǎng)絡(luò)傳輸特性；實線是整 體有耗濾波器傳輸特性；
[0030] 圖8是本發(fā)明實施例對應的有耗濾波器耦合矩陣。

【具體實施方式】
[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0032] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0033] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器主要由：金屬地板 1、介質(zhì)基板2、微帶半波長諧振器3、第一輸入輸出微帶連接線4、輸入輸出微帶線5、第二輸 入輸出微帶連接線6、基片集成波導諧振器7、基片集成波導接地孔8組成；
[0034] 金屬地板1設(shè)置在介質(zhì)基板2的底面，有耗帶通濾波器的輸入輸出微帶線5通過 第一輸入輸出微帶連接線4、第二輸入輸出微帶連接線6分別連接到微帶諧振器3和基片 集成波導諧振器7上，微帶諧振器3和基片集成波導諧振器7分別通過第一輸入輸出微帶 連接線4、第二輸入輸出微帶連接線6和有耗濾波器的輸入輸出微帶線5相連；微帶諧振器 3、第一輸入輸出微帶連接線4、第二輸入輸出微帶連接線6、輸入輸出微帶線5均印制在介 質(zhì)基板2上，基片集成波導諧振器7是由介質(zhì)基板2上的基片集成波導接地孔8和介質(zhì)基 板2上下的覆銅構(gòu)成，故本發(fā)明的有耗濾波器整體為平面結(jié)構(gòu)，且左右對稱。
[0035] 本發(fā)明的微帶諧振器3為半波長諧振器，左右兩個微帶諧振器相互對稱；本發(fā)明 的兩個基片集成波導諧振器7相接部分中沒有金屬化基片集成波導接地孔8的位置間隔稱 為開口。
[0036] 兩個左右對稱的微帶諧振器3通過縫隙耦合形成低Q值子網(wǎng)絡(luò)。
[0037] 兩個基片集成波導諧振器7通過開口耦合形成高Q值子網(wǎng)絡(luò)。
[0038] 高Q值子網(wǎng)絡(luò)和低Q值子網(wǎng)絡(luò)平行放置構(gòu)成有耗濾波器網(wǎng)絡(luò)。
[0039] 有耗濾波器的輸入輸出微帶線分別通過第一輸入輸出微帶連接線4、第二輸入輸 出微帶連接線6連接到高低Q值子網(wǎng)絡(luò)上，形成有耗濾波器的兩條通路。
[0040] 調(diào)節(jié)第一輸入輸出微帶連接線4、第二輸入輸出微帶連接線6和兩個高低Q值子網(wǎng) 絡(luò)的連接位置，可以調(diào)節(jié)輸入輸出耦合，使得本發(fā)明性能良好。
[0041] 基片集成波導諧振器7之間要有合適的開口，形成適當?shù)鸟詈稀?br> [0042] 微帶諧振器3之間的縫隙要適當，形成適當?shù)鸟詈稀?br> [0043] 兩個平行放置子網(wǎng)絡(luò)要有合適的連接，兩條網(wǎng)絡(luò)通路共同形成高性能有耗濾波器 復合通路。
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明的有耗濾波器中的基片集成波導諧振器7相對微帶諧振器3 而言屬于高Q值諧振器，利用基片集成波導諧振器7和微帶諧振器3構(gòu)成非均勻Q值有耗 濾波器屬于平面有耗濾波器結(jié)構(gòu)，由于不同Q值是通過不同結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，所以相比微帶結(jié) 構(gòu)平面有耗濾波器，其優(yōu)勢在于：1.無需交叉電阻性耦合；2.無需改變微帶諧振器的Q值 的電阻性元件。
[0045] 微帶諧振的Q值大小主要取決于構(gòu)成微帶諧振器的介質(zhì)板材料和微帶諧振器本 身的形狀，當介質(zhì)板材料和微帶諧振器形狀確定時，微帶諧振器的Q值也隨之被約束。本發(fā) 明中用的介質(zhì)板材料為RT/duroid5880,相對介電常數(shù)為2. 2,介質(zhì)板厚度為0. 787mm，覆銅 厚度為〇. 〇18mm，損耗角正切為0. 0009。本發(fā)明中的微帶諧振器Q值為278,基片集成波導 諧振器的Q值為515。
[0046] 在本發(fā)明的具體實施例中，如圖6,其中Q = 65. 7mm，L2 = 70. 8mm，L3 = 20. 4mm， L4 = 30. 4mm, L5 = 30. 4mm, L6 = 16mm, L7 = 10. 7mm, L8 = 24. 7mm, L9 = 10mm, W〇 = 2. 3mm, A = 2. 3mm，W2 = 2mm，R = 1mm，D = 1. 35mm〇
[0047] 如圖6,其中的輸入微帶線5通過第二輸入輸出微帶連接線6與基片集成波導諧振 器7相連，經(jīng)由基片集成波導諧振7之間的開口耦合后，再通第二輸入輸出微帶線6與輸出 微帶線5相連，以此形成有耗濾波器的一條通路。由于基片集成波導諧振器7相對于微帶諧 振器3來說具有更高的Q值，故這條通路稱為高Q值通路，即為有耗濾波器高Q值子網(wǎng)絡(luò)。 單獨的高Q值子網(wǎng)絡(luò)形成的響應如圖7中的虛線所示。輸入微帶線5通過第一輸入輸出微 帶連接線4與微帶諧振器3相連，兩個左右對稱的微帶諧振器3通過縫隙耦合傳輸能量后 經(jīng)由第一輸入輸出微帶線4與輸出微帶線5相連，形成有耗濾波器的另外一條通路。此通 路稱為低Q值通路，即為有耗濾波器低Q值子網(wǎng)絡(luò)。單獨的低Q值子網(wǎng)絡(luò)形成的響應如圖 7中點劃線所示。高Q值子網(wǎng)絡(luò)和低Q值子網(wǎng)絡(luò)共用輸入輸出微帶線5,所以可以形成有耗 濾波器整體響應，整體響應如圖7中的實線所示。
[0048] 如圖7,高Q值子網(wǎng)絡(luò)形成的響應在通帶邊緣有兩處峰值，低Q值子網(wǎng)絡(luò)形成的響 應具有通帶中心處損耗最小，帶外抑制緩慢增加的特點，高Q值子網(wǎng)絡(luò)與低Q值子網(wǎng)絡(luò)各自 形成的響應恰好互補，形成了有耗濾波器整體響應，整體響應具有兩個傳輸零點，帶外的兩 個傳輸零點增強了有耗濾波器帶外抑制，而且整體響應的通帶很平坦，無帶內(nèi)波紋，整體響 應矩形系數(shù)較好；
[0049] 構(gòu)成一個濾波器的所有諧振器都具有相同的Q值，那么該濾波器增加的帶內(nèi)損耗 可以用公式（1)近似表示。
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，包括：金屬地板、介質(zhì)基板、第一輸入輸出微帶連 接線、輸入輸出微帶線、第二輸入輸出微帶連接線、諧振器；其特征在于，設(shè)置兩個左右對稱 的微帶諧振器和基片集成波導諧振器，輸入輸出微帶線通過第一輸入輸出微帶連接線、第 二輸入輸出微帶連接線分別連接到微帶諧振器和基片集成波導諧振器上，微帶諧振器和基 片集成波導諧振器分別通過第一輸入輸出微帶連接線、第二輸入輸出微帶連接線和有耗濾 波器的輸出微帶線相連；微帶諧振器、第一輸入輸出微帶連接線、第二輸入輸出微帶連接 線、輸入輸出微帶線印制在介質(zhì)基板上，基片集成波導諧振器是由介質(zhì)基板上的基片集成 波導接地孔和介質(zhì)基板上下的覆銅構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1所述的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，其特征在于，微帶諧振器Q值為 278,基片集成波導諧振器的Q值為515 ;基片集成波導諧振器和微帶諧振器構(gòu)成非均勻Q 值有耗濾波器屬于平面有耗濾波器結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，其特征在于，微帶諧振器的介 質(zhì)板材料為RT/duroid5880,相對介電常數(shù)為2. 2,介質(zhì)板厚度為0. 787mm，覆銅厚度為 0. 018mm，損耗角正切為0. 0009。
4. 如權(quán)利要求1所述的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，其特征在于，微帶諧振器采用半 波長諧振器。
5. 如權(quán)利要求1所述的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，其特征在于，輸入輸出微帶線通 過第一輸入輸出微帶連接線與微帶諧振連接，兩個微帶諧振器通過縫隙耦合，形成低Q值 通路，即低Q值子網(wǎng)絡(luò)，輸入輸出微帶線通過第二輸入輸出微帶連接線與基片集成波導諧 振器連接，兩個基片集成波導諧振器通過開口耦合，形成高Q值通路，即高Q值子網(wǎng)絡(luò)。
6. 如權(quán)利要求5所述的混合結(jié)構(gòu)的平面有耗濾波器，其特征在于，低Q值子網(wǎng)絡(luò)與高Q 值子網(wǎng)絡(luò)共用輸入輸出微帶線，即高Q值子網(wǎng)絡(luò)與低Q值子網(wǎng)絡(luò)平行連接形成整體有耗濾 波器。
【文檔編號】H01P1/219GK104091986SQ201410365992
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】吳秋逸, 林明忠, 史小衛(wèi), 劉淑芳, 趙小敏 申請人:西安電子科技大學