具有椭圆滤波特性的的双模 基片集成波导滤波器

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                1  引言

                         基片集成波导技术是一种低成本高性能微波毫米波新技术。基于基片集成波导已经实现多种滤波器，其中基于圆腔和椭圆腔体的双模基片集成波导滤波器呈现非对称的滤波特性，能够以较少的腔体实现高阶过渡特性。本文将利用基于圆腔和椭圆腔体的基片集成波导滤波器的互补特性实现具有椭圆滤波特性的滤波器。
                          
                        2  圆腔和椭圆腔体的基片集成波导滤波器的互补特性说明

                         基于双模圆腔和椭圆腔的双模滤波器结构示意图及其滤波特性分别如图1和图2所示。这两种双模滤波器分别在上、下边带有一个零点，并且在上、下边带有陡峭的过渡特性，而它们的另一个边带的选择性比较差。但是由于两者的特性正好互补，相互组合可以形成一些有特别的响应特性的元件。具有双边陡峭过渡特性的双模滤波器正是以这种组合方式构成的。
                          
       

               

       

                图1  圆腔双模滤波器

       

               

       

                图2  椭圆腔体双模滤波器

                 
                        3  双模椭圆滤波器

                         一个两腔的双模椭圆滤波器结构如图3所示，它是由一个椭圆腔和一个圆腔构成，设计时两腔的设计在相同的通带上，但利用了椭圆腔形成的陡峭下边带和圆腔的陡峭的上边带,并使零点分别位于滤波器的上下边带处以形成椭圆滤波特性。
                          
       

               

       

                图3  两腔双模椭圆滤波器

                          
                         滤波器的设计利用了之前的的研究成果。但是由于双模滤波器腔体间的耦合极易影响到双模滤波器的一些特征，如零点的位置、过渡带的斜率等，所以必须利用全波仿真软件进行优化，以获得最优性能。所得优化参数如下：
                         椭圆腔（半）长轴 R1＝5.06mm
                         椭圆腔（半）短轴 R2＝4.28mm
                         圆腔半径 R3＝4.70mm
                         耦合端口宽度
                         W1＝4.04mm,
                         W2＝3.63mm（长度2.2mm）,
                         W1＝3.53mm
                         基片集成波导宽度 W1＝5.80mm
                         其它重要的参数还有：基片厚度0.5mm, 介电常数2.2, 金属化孔直径0.5mm。
                         基片集成波导到50Ω微带的过渡按常规方法设计即可。
                          
                        4  测试结果与讨论

                         滤波器制作在Rogers 5880 基片上，厚度0.5mm，介质相对介电常数2.2。实物图见图4，测试结果如图5所示，曲线中包含了夹具的损耗在内。
                          
       

               

       

                图4  两腔双模椭圆滤波器

       

               

       

                图5  两腔双模椭圆滤波器的测试结果

                 
                         测试所得滤波器的特性如下：
                         -3dB通带：25.79-26.91GHz
                         带宽BW　 1.12GHz（或4.25%相对带宽）
                         -30dB 通带　25.38-27.33GHz、
                         插入损耗：1.99dB （已扣除了夹具损耗0.7dB）
                          
                         由于在靠近通带的地方引入了一个零点，它的边带过渡特性极陡。这一特性即标准的椭圆滤波特性。
                          
                         滤波特性曲线的阻带中靠近边带处的两个峰较高，带外阻带衰减的衰减量不太大，主要是因为圆腔或椭圆腔滤波器具有非对称特性，两个峰值处的衰减主要由一个腔体提供。这也揭示了改善阻带衰减的可采用的方法：当腔数增加时，阻带衰减指标改善得很快。图6和图7显示了一个三腔滤波器的结构和滤波特性。滤波器由两个椭圆腔和一个圆腔构成，制作在Arlon Diclad880 基片上，这种基片与Rogers 5880基片标称特性相同。厚度仍是0.5mm。测试结果包含夹具的损耗。
                          
                         这一滤波器仅增加了一个圆腔，但阻带衰减却大幅增加到了56dB(下边带峰值处)和42dB(上边带峰值处)。其选择性与6阶Cheybyshev滤波器相当。
                          
                         因此这种新的滤波器具有非常优秀的滤波特性。
                          
       

               

       

                图6  三腔双模滤波器

       

               

       

                图7  三腔双模滤波器的测试结果

                          
                        3  结论

                         利用圆形和椭圆形基片集成波导腔体分别在上下边带具有的陡峭过渡特性，通过级联圆形和椭圆形腔体成功构成一类新型滤波器。其中的两腔滤波器实现了具有椭圆滤波特性的基片集成波导滤波器。滤波器的3dB通带为25.79-26.91GHz（4.3%相对带宽），插入损耗：1.99dB。而三腔滤波器在26GHz 附近可以得到超过56dB的阻带衰减。这种新型滤波具有良好的选择性和极低的插入损耗。