具有橢圓濾波特性的的雙模 基片集成波導(dǎo)濾波器

1 引言

基片集成波導(dǎo)技術(shù)是一種低成本高性能微波毫米波新技術(shù)?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/基片集成波導(dǎo)">基片集成波導(dǎo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多種濾波器，其中基于圓腔和橢圓腔體的雙模基片集成波導(dǎo)濾波器呈現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)的濾波特性，能夠以較少的腔體實(shí)現(xiàn)高階過(guò)渡特性。本文將利用基于圓腔和橢圓腔體的基片集成波導(dǎo)濾波器的互補(bǔ)特性實(shí)現(xiàn)具有橢圓濾波特性的濾波器。

2 圓腔和橢圓腔體的基片集成波導(dǎo)濾波器的互補(bǔ)特性說(shuō)明

基于雙模圓腔和橢圓腔的雙模濾波器結(jié)構(gòu)示意圖及其濾波特性分別如圖1和圖2所示。這兩種雙模濾波器分別在上、下邊帶有一個(gè)零點(diǎn)，并且在上、下邊帶有陡峭的過(guò)渡特性，而它們的另一個(gè)邊帶的選擇性比較差。但是由于兩者的特性正好互補(bǔ)，相互組合可以形成一些有特別的響應(yīng)特性的元件。具有雙邊陡峭過(guò)渡特性的雙模濾波器正是以這種組合方式構(gòu)成的。

圖1 圓腔雙模濾波器

圖2 橢圓腔體雙模濾波器

3 雙模橢圓濾波器

一個(gè)兩腔的雙模橢圓濾波器結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是由一個(gè)橢圓腔和一個(gè)圓腔構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)兩腔的設(shè)計(jì)在相同的通帶上，但利用了橢圓腔形成的陡峭下邊帶和圓腔的陡峭的上邊帶,并使零點(diǎn)分別位于濾波器的上下邊帶處以形成橢圓濾波特性。

圖3 兩腔雙模橢圓濾波器

濾波器的設(shè)計(jì)利用了之前的的研究成果。但是由于雙模濾波器腔體間的耦合極易影響到雙模濾波器的一些特征，如零點(diǎn)的位置、過(guò)渡帶的斜率等，所以必須利用全波仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最優(yōu)性能。所得優(yōu)化參數(shù)如下：

橢圓腔（半）長(zhǎng)軸 R₁＝5.06mm

橢圓腔（半）短軸 R₂＝4.28mm

圓腔半徑 R₃＝4.70mm

耦合端口寬度

W₁＝4.04mm,

W₂＝3.63mm（長(zhǎng)度2.2mm）,

W₁＝3.53mm

基片集成波導(dǎo)寬度 W₁＝5.80mm

其它重要的參數(shù)還有：基片厚度0.5mm, 介電常數(shù)2.2, 金屬化孔直徑0.5mm。

基片集成波導(dǎo)到50Ω微帶的過(guò)渡按常規(guī)方法設(shè)計(jì)即可。

4 測(cè)試結(jié)果與討論

濾波器制作在Rogers 5880 基片上，厚度0.5mm，介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)2.2。實(shí)物圖見(jiàn)圖4，測(cè)試結(jié)果如圖5所示，曲線中包含了夾具的損耗在內(nèi)。

圖4 兩腔雙模橢圓濾波器

圖5 兩腔雙模橢圓濾波器的測(cè)試結(jié)果

測(cè)試所得濾波器的特性如下：

-3dB通帶：25.79-26.91GHz

帶寬BW　 1.12GHz（或4.25%相對(duì)帶寬）

-30dB 通帶　25.38-27.33GHz、

插入損耗：1.99dB （已扣除了夾具損耗0.7dB）

由于在靠近通帶的地方引入了一個(gè)零點(diǎn)，它的邊帶過(guò)渡特性極陡。這一特性即標(biāo)準(zhǔn)的橢圓濾波特性。

濾波特性曲線的阻帶中靠近邊帶處的兩個(gè)峰較高，帶外阻帶衰減的衰減量不太大，主要是因?yàn)閳A腔或橢圓腔濾波器具有非對(duì)稱(chēng)特性，兩個(gè)峰值處的衰減主要由一個(gè)腔體提供。這也揭示了改善阻帶衰減的可采用的方法：當(dāng)腔數(shù)增加時(shí)，阻帶衰減指標(biāo)改善得很快。圖6和圖7顯示了一個(gè)三腔濾波器的結(jié)構(gòu)和濾波特性。濾波器由兩個(gè)橢圓腔和一個(gè)圓腔構(gòu)成，制作在Arlon Diclad880 基片上，這種基片與Rogers 5880基片標(biāo)稱(chēng)特性相同。厚度仍是0.5mm。測(cè)試結(jié)果包含夾具的損耗。

這一濾波器僅增加了一個(gè)圓腔，但阻帶衰減卻大幅增加到了56dB(下邊帶峰值處)和42dB(上邊帶峰值處)。其選擇性與6階Cheybyshev濾波器相當(dāng)。

因此這種新的濾波器具有非常優(yōu)秀的濾波特性。

圖6 三腔雙模濾波器

圖7 三腔雙模濾波器的測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

利用圓形和橢圓形基片集成波導(dǎo)腔體分別在上下邊帶具有的陡峭過(guò)渡特性，通過(guò)級(jí)聯(lián)圓形和橢圓形腔體成功構(gòu)成一類(lèi)新型濾波器。其中的兩腔濾波器實(shí)現(xiàn)了具有橢圓濾波特性的基片集成波導(dǎo)濾波器。濾波器的3dB通帶為25.79-26.91GHz（4.3%相對(duì)帶寬），插入損耗：1.99dB。而三腔濾波器在26GHz 附近可以得到超過(guò)56dB的阻帶衰減。這種新型濾波具有良好的選擇性和極低的插入損耗。