具有橢圓濾波特性的的雙模 基片集成波導濾波器

1 引言

基片集成波導技術是一種低成本高性能微波毫米波新技術。基于基片集成波導已經實現多種濾波器，其中基于圓腔和橢圓腔體的雙模基片集成波導濾波器呈現非對稱的濾波特性，能夠以較少的腔體實現高階過渡特性。本文將利用基于圓腔和橢圓腔體的基片集成波導濾波器的互補特性實現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濾波器的互補特性說明

基于雙模圓腔和橢圓腔的雙模濾波器結構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、下邊帶有一個零點，并且在上、下邊帶有陡峭的過渡特性，而它們的另一個邊帶的選擇性比較差。但是由于兩者的特性正好互補，相互組合可以形成一些有特別的響應特性的元件。具有雙邊陡峭過渡特性的雙模濾波器正是以這種組合方式構成的。

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

一個兩腔的雙模橢圓濾波器結構如圖3所示，它是由一個橢圓腔和一個圓腔構成，設計時兩腔的設計在相同的通帶上，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

濾波器的設計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，如零點的位置、過渡帶的斜率等，所以必須利用全波仿真軟件進行優(yōu)化，以獲得最優(yōu)性能。所得優(yōu)化參數如下：

橢圓腔（半）長軸 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（長度2.2mm）,

W₁＝3.53mm

基片集成波導寬度 W₁＝5.80mm

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

基片集成波導到50Ω微帶的過渡按常規(guī)方法設計即可。

4 測試結果與討論

濾波器制作在Rogers 5880 基片上，厚度0.5mm，介質相對介電常數2.2。實物圖見圖4，測試結果如圖5所示，曲線中包含了夾具的損耗在內。

圖4 兩腔雙模橢圓濾波器

圖5 兩腔雙模橢圓濾波器的測試結果

測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零點，它的邊帶過渡特性極陡。這一特性即標準的橢圓濾波特性。

濾波特性曲線的阻帶中靠近邊帶處的兩個峰較高，帶外阻帶衰減的衰減量不太大，主要是因為圓腔或橢圓腔濾波器具有非對稱特性，兩個峰值處的衰減主要由一個腔體提供。這也揭示了改善阻帶衰減的可采用的方法：當腔數增加時，阻帶衰減指標改善得很快。圖6和圖7顯示了一個三腔濾波器的結構和濾波特性。濾波器由兩個橢圓腔和一個圓腔構成，制作在Arlon Diclad880 基片上，這種基片與Rogers 5880基片標稱特性相同。厚度仍是0.5mm。測試結果包含夾具的損耗。

這一濾波器僅增加了一個圓腔，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。

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試結果

3 結論

利用圓形和橢圓形基片集成波導腔體分別在上下邊帶具有的陡峭過渡特性，通過級聯圓形和橢圓形腔體成功構成一類新型濾波器。其中的兩腔濾波器實現了具有橢圓濾波特性的基片集成波導濾波器。濾波器的3dB通帶為25.79-26.91GHz（4.3%相對帶寬），插入損耗：1.99dB。而三腔濾波器在26GHz 附近可以得到超過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。