基于金属化通孔耦合的带宽增强梳状滤波器

发布时间：2019-11-12 08:28

【摘要】：提出一种具有带宽增强特性的新型梳状滤波器。该设计的新颖性在于提出了在梳状结构中加入孔耦合结构。在相同的耦合缝隙下,该结构实现的耦合系数大小相比传统梳状耦合成倍增大,从而达到拓宽带宽的效果。此外,研究发现孔耦合结构相比传统缝隙耦合结构具有较强的加工容忍度。为了验证所提出的结构,设计、制造并测试了一款具有带宽增强效果的梳状滤波器,测试结果与仿真吻合。测试结果表明,在相同尺寸的耦合缝隙的情况下,相对带宽由传统梳状滤波器的5%提高到了17%。
【图文】：

耦合结构,谐振器

程中都可以很精确地得到。并且，通过化学电镀技术以及银导电浆烘干技术可以既便捷又精确地实现通孔的金属化。金属化通孔通常被当作一个短路引线，应用于多层电路板中不同层面的连接，例如，传输线的接地或者布线的需要。另外，，在共面集成波导(substrateintegratedwaveguide，SIW)电路中，金属化通孔被用作为金属墙壁，形成电壁，从而实现SIW腔体结构［8］。本文中使用金属化通孔作为一种耦合结构，可用于实现微带谐振器之间的耦合，并且将孔耦合与传统缝隙耦合进行对比，证明了孔耦合的优势。谐振器耦合结构如图1所示。最简单的缝隙耦合是2个终端开路的谐振器之间的缝隙耦合。其中，Ｒ1/Ｒ2为谐振器模型;w为谐振器宽度;g为缝隙宽度。类似地，由图1b可见，孔耦合可以通过2个终端短路的谐振器共享同一个金属通孔来实现，其中，d为金属化通孔的直径。在耦合谐振理论中，耦合系数(couplingcoefficient)是对谐振器间耦合量的唯一定量描述。图1谐振器耦合结构图解Fig．1Diagramoftheresonatorcoupling根据耦合谐振理论［9］，2个相同谐振器之间的耦合系数可以被提龋M=±f2p2－f2p1f2p2+f2p1(1)(1)式中:M为孔耦合与缝隙耦合的耦合系数;fp1和fp2分别为当2个谐振器耦合时仿真出的谐振频率。由(1)式可以得到，M与归一化宽度w/h和标准化宽度d/h的关系如图2所示，其中，h为介质基板厚度。根据比较，可以得到以下结论。1)加工容忍度大。当w/h固定时，孔耦合随着d/h的增加而适当地平滑减少。但是，缝隙耦合在强耦合区域急速下降(尤其是当g/h低于0．3时)，但是在弱耦合区域下降缓慢。这意味着在强耦合区域，孔耦合的加工容忍度远远大于缝隙耦合。这种情况与在弱耦合区域正好相反。

结构图,孔耦合,耦合系数,宽度

同时具有孔耦合和边缘耦合。其中，w'和l'为该谐振器宽度以及长度，并且固定，耦合系数的调整是根据耦合缝隙宽度g'和孔耦合直径d'的变化。λ/4谐振器之间的边缘耦合以磁耦合占主导。因此，在短路端加入同为磁耦合的孔耦合结构后，其耦合系数会被提高。图3给出了带宽增强谐振器的耦合系数与g'/h和d'/h之间的关系。虚线代表没有孔耦合的传统边缘耦合λ/4谐振器，带有符号的实线则代表了在不同通孔直径下，即具有孔耦合增强的耦合系数。由图3可知，带宽增强结构相对于传统结构拥有较大的耦合系数，能够有效地增大带宽。图2孔耦合和缝隙耦合的耦合系数M与归一化宽度w/h和标准化宽度d/h的关系Fig．2CouplingcoefficientsMversusnormalizedwidthsw/handnormalizeddiametersd/hforvia-couplingandgap-coupling3带宽增强梳状滤波器设计基于上述带宽增强理论，本文旨在设计一款具有Chebyshev响应的带宽增强效果的梳状滤波器，其阶数为三阶，纹波为0．04dB，中心频率为2．4GHz，目标相对带宽(fractionalbandwidth，FBW)为17%。基于上述条件，设计并加工了一款具有带宽增强性质的梳状线滤波器，其结构如图4a所示;为了通过比较证明其带宽增强的效果，同时设计并加工了一款传统边缘耦合梳状滤波器，如图4b所示。图3提取的带宽增强谐振器的耦合系数(插图为该谐振器仿真结构)Fig．3Extractedcouplingcoefficientsofthebandwidth-en-hancededge-coupledquarter-wavelengthresonators(Thein-setconfigurationisthesimulatedstructureoftheresonator)图4本文设计的滤波器以及传统滤波器梳状滤波器的结构图Fig．4Layoutoftheproposedcomblinefilterusingvia-couplingstoenhancetheedge-coupling，andthetraditionalcomblinefilter第6期蔡?

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