[发明专利]基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器及其设计方法

权利要求书

1.一种基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器，其特征在于，包括从上至下依次排布微带结构(101)，第一介质基板(102)，共用金属地层(103)，中心挖空的介质基板(104)，金属平面(105)，第二介质基板(106)；其中，微带结构(101)上设置有基于阶跃阻抗谐振器的超宽阻带微波带通滤波器(200)，共用金属地层(103)设置有两条用于整合微波和毫米波滤波器的圆弧形缝隙，中心挖空的介质基板(104)上设置有基于空气填充基片集成波导圆形腔体的毫米波带通滤波器(300)；所述基于阶跃阻抗谐振器的超宽阻带微波带通滤波器(200)由混合阶跃阻抗单元、第一金属化过孔和加载的开路短截线组成；所述基于空气填充基片集成波导圆形腔体的毫米波带通滤波器(300)由三个空气填充的圆形腔体和沿挖空边缘分布的第二金属化过孔组成；所述混合阶跃阻抗单元包括一个三阶低通滤波器单元和一个二阶带通滤波器单元，两者以级联方式组合；所述第一金属化过孔位于带通滤波器两个谐振单元的高阻抗末端，上端连接微带结构(101)，下端连接共用金属地层(103)；所述开路短截线加载于带通滤波器的内部，与高阻抗线相连；所述三阶低通滤波器单元由两段等长等宽的低阻抗线和一段不等长的高阻抗线连接而成，所述二阶带通滤波器单元由两个完全对称的四分之一波长阶跃阻抗谐振器通过高阻抗线的末端连接而成；该双频带通滤波器还包括有两条微带端口线，以及两条内部微带线，一条用于连接低通滤波器单元和带通滤波器单元，一条用于连接带通滤波器单元和输出端口线；所述三个空气填充的圆形腔体由三个半径相同的圆形腔体部分交叉衔接组成，所述第二金属化过孔沿挖空部分边缘均匀分布，上端连接共用金属地层(103)，下端连接金属平面(105)。

2.根据权利要求1所述的基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器，其特征在于，所述的两条圆弧形缝隙位于空气填充的圆形腔体内部，且靠近挖空边缘部分。

3.根据权利要求2所述的基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器，其特征在于，所述微带结构(101)采用微带工艺固定在第一介质基板(102)上，所述共用金属地层(103)采用微带工艺固定在中心挖空的介质基板(104)上，第一介质基板(102)和中心挖空的介质基板(104)厚度为0.508mm。

4.根据权利要求3所述的基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器，其特征在于，所述第一介质基板(102)和中心挖空的介质基板(104)由Rogers RT/Duroid 5880的介质材料构成。

5.根据权利要求4所述的基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器，其特征在于，所述第一介质基板(102)和中心挖空的介质基板(104)的介质材料的介电常数是2.2。

6.根据权利要求5所述的基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器，其特征在于，所述金属平面(105)采用微带工艺固定在第二介质基板(106)上，第二介质基板(106)厚度为0.5mm，由介电常数为4.4的FR-4介质材料构成。

7.一种如权利要求6所述的基于微带和基片集成波导的双频带通滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据所需的阻带抑制范围，选取合适的高低阻抗比和长度比；

S2：根据要求的中心频率和介质基板的相对介电常数，计算出四分之一波长阶跃阻抗谐振器的高低阻抗线长度的初始值；

S3：根据以上带通滤波器的频率响应，设计与其具有互补频率响应特性的三阶低通滤波器，两者级联并于带通滤波器内部加载一段四分之一波长开路短截线以更好地抑制由第一个高次谐波退化形成的毛刺，从而实现超宽阻带微波带通滤波器；

S4：计算圆形腔体的初始半径值；然后通过共用金属地上的两条圆弧形缝隙实现信号分离和信号组合，从而实现具有大频率比的双频带通滤波器，并通过微调部分参数，从而得到最优的阻抗匹配。