毫米波双通带滤波器及其设计方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于毫米波通信设备、测量仪器等技术领域，具体涉及一种毫米波双通带 滤波器及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的快速发展和微波低频段的频谱资源枯竭，现代通信向着毫米波频 段发展。毫米波频段具有相对带宽、工作波长短、抗干扰能力强、波束窄、方向性好等特点， 宽相对带宽意味着可利用带宽大、数据传输率高、信道容量大，而工作波长短和窄波束宽度 的特点，在目标追踪及识别的应用中具有高分辨率，其在通信、电子对抗、雷达与跟踪等领 域突显出巨大的优势。
[0003]现有的毫米波段双频带滤波器主要包括金属波导结构、同轴线结构和带状线结 构。传统金属波导结构的Q值高、功率容量大、损耗低等优点，但是其体积大、加工和调试困 难、难于与平面集成等缺点；带状线结构的体积小，布局较为灵活，但是其开放式结构在毫 米波频段引入辐射损耗很大，不适合于毫米波段应用；同轴线结构的Q值高，功率容量大，但 是在毫米波频段，其尺寸太小，现有加工水平不易满足需求，同时其也难以与平面电路集 成。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种毫米波双通带滤波器及其设计方 法，其具有插入损耗低、频率选择高、信道间隔离大、易与系统集成等优点。
[0005]为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -方面，提供一种毫米波双通带滤波器，其包括通过粘合层粘接在一起的第一PCB 板和第二PCB板、设置在第一PCB板与第二PCB板上的SIW滤波器及第一PCB板的下表面设置 的下边带滤波器;SIW滤波器包括设置在第一PCB板上表面的铜涂层，设置在第二PCB板下表 面的铜涂层及位于第一PCB板上表面铜涂层与第二PCB板下表面铜涂层上、且贯穿第一PCB 板与第二PCB板的金属过孔和感性窗口；第一PCB板上表面铜涂层上设置有将第一PCB板上 表面铜涂层与下边带滤波器导通的盲孔。
[0007]另一方面，提供一种毫米波双通带滤波器的设计方法，其包括以下步骤：
[0008]获取双通带滤波器的中心频率、相对带宽和上通道频率；
[0009] 根据双通带滤波器的中心频率和相对带宽，由Chebyshev滤波器低通原型计算各 个半波长谐振器之间的耦合量：
[0011]其中，πη,1+1为第i个半波长谐振器与第i+Ι个半波长谐振器之间的耦合量，FBW为双 通带滤波器的相对带宽，X为1和2,当X为1时，gu为上通带低通原型参数，当X为2时，g2i为下 通带低通原型参数，η为半波长谐振器的个数，1 <i<n-1;
[0012]根据双通带滤波器的上通道频率，获取SIW滤波器的主模截止频率；
[0013]计算SIW滤波器的实际宽度：
[0016]其中，W为SIW滤波器的等效宽度，WsiwSSIW滤波器的实际宽度，D为金属过孔的直 径，S为相邻金属过孔的中心距，f。为主模截止频率；
[0017]采用三维电磁仿真对阻抗变换器的初始长度和初始宽度进行优化，直至双通带滤 波器的带内回波达到设定值时，输出阻抗变换器的实际长度和实际宽度；
[0018]根据SIW滤波器的等效宽度，计算SIW滤波器的长度：
[0020]其中，L为SIW滤波器的长度，er为相对介电常数，fo为下边带滤波器的中心频率，C0 为真空中光速，W为SIW滤波器的等效宽度；
[0021] 根据下边带滤波器的中心频率，计算下边带滤波器的长度：
[0023]其中，lr为下边带滤波器的长度，er为相对介电常数，c为真空中光速，fQ为下边带 滤波器的中心频率；
[0024]采用三维电磁仿真对计算值SIW滤波器的实际宽度、各个半波长谐振器之间的耦 合量、SIW滤波器的长度和下边带滤波器的长度进行优化；
[0025]当所有的计算值的频率响应等于设定值时，输出优化后的各个半波长谐振器之间 的耦合量、SIW滤波器的实际宽度、SIW滤波器的长度和下边带滤波器的长度。
[0026]本发明的有益效果为:本方案采用SIW滤波器作为基本谐振单元，其封闭结构有效 减少了辐射损耗，避免了微带、共面波导等开放结构在毫米波频段辐射损耗过大的问题;将 下边带滤波器嵌入SIW滤波器中间，在实现双通道频率响应的同时，并未增加额外的电路面 积，有利于双通带滤波器的小型化设计。
[0027]由于SIW滤波器可以等效为一种平面化介质波导，其兼有微带线和金属波导的优 点，在保持波导结构的同时保持了平面结构，其易于与其它平面电路集成;双通带滤波器的 两个通道之间的隔离频带位于SIW滤波器的截止频率以下，具有较高的抑制度；同时，该双 通带滤波器采用标准PCB加工工艺进行加工，加工简单，由于采用了微带-SIW阻抗变换器设 计，该双通带滤波器非常易于应用于实际平面电路的集成。
【附图说明】
[0028]图1毫米波双通带滤波器的立体图。
[0029]图2为下边带滤波器的示意图。
[0030]图3为第二PCB板的俯视图。
[0031]图4为毫米波双通带滤波器的频率响应(S21参数)图。
[0032]图5为毫米波双通带滤波器的频率响应(S11参数)图。
[0033]其中，1、第二PCB板;2、粘合层;3、第一PCB板;4、输入馈线；5、阻抗变换器;6、中间 涂层;7、金属过孔;8、感性窗口；9、盲孔;10、输出馈线；11、SICL馈线；12、半波长谐振器。
【具体实施方式】
[0034]下面对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发 明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易 见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0035]如图1所示，该毫米波双通带滤波器包括通过粘合层2粘接在一起的第一PCB板3和 第二PCB板1、设置在第一PCB板3与第二PCB板1上的SIW滤波器及第一PCB板3的下表面设置 的下边带滤波器。
[0036] 其中，第一?08板3采用了&〇〇1^〇1'1^-5，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.001，厚 度为0.254mm;第二PCB板1也采用TaconicTLY-5，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.001， 厚度为0.254mm，其上表面金属全部去除，下表面金属全部保留形成参考地平面;粘和层采 用TaconicTPG-30，其介电常数为3.0，损耗角正切为0.0038，厚度为0.12mm。
[0037] 参考图1和图3，SIW滤波器包括设置在第一PCB板3上表面的铜涂层，设置在第二 PCB板1下表面的铜涂层及位于第一PCB板3上表面铜涂层与第二PCB板1下表面铜涂层上、且 贯穿第一PCB板3与第二PCB板1的金属过孔7和感性窗口8;此处表达的是感性窗口8也是位 于第一PCB板3上表面铜涂层与第二PCB板1下表面铜涂层上、且贯穿第一PCB板3与第二PCB 板1的通孔。
[0038]如图1所示，第一PCB板3上表面铜涂层上设置有将第一PCB板3上表面铜涂层与下 边带滤波器导通的盲孔9。设计时，优选两排金属过孔7呈周期性排布，且每排金属过孔7的 孔距远小于双通带滤波器的波长。
[0039]第一PCB板3和第二PCB板1上铜镀层及两排贯穿第一PCB板3和第二PCB板1、且呈周 期性排布的金属过孔7构成波导的四个金属壁，实现电磁波在四个金属壁内部的传输，由于 每排金属过孔7的孔距远小于双通带滤波器的波长，缝隙泄漏能量很小，可以等效为内部填 充介质的金属波导，其无载Q值较高，损耗较小，有利于减少双通带滤波器的带外干扰和提 高双通带滤波器的接收灵敏度。
[0040]为保持第一PCB板3和第二PCB板1上所有镀有铜涂层表面的光洁度，以及增强导体 (铜涂层)的导电性能，所有铜涂层表面均进行了镀金处理，其镀金厚度为lum。
[0041]在本发明的一个实施例中，第一PCB板3上表面的铜涂层包括输入馈线4、输出馈线 10,两个分别与输入馈线4和输出馈线10连接的阻抗变换器5和位于两个阻抗变换器5之间 的中间涂层6;位于第一PCB板3上的金属过孔7、感性窗口8和盲孔9设置于中间涂层6所在 段。
[0042]如图1所示，本方案的阻抗变换器5的外形优选设置呈梯形;这样设置的主要目的 是方便测量S参数和实现阻抗变换。输入馈线4和输出馈线10均采用50欧姆微带馈线，优选 50欧姆微带馈线的宽度为0.77mm。
[0043]如图2所示，下边带滤波器包括两段SICL馈线11和设置在两段SICL馈线11之间的 至少一个半波长谐振器12;利用半波长谐振器12的终端耦合使得双通带滤波器在特定频率 上形成带通响应。设计时，优选设置有三