CN103515679B

CN103515679B - 基于ltcc的w波段高抑制微型带通滤波器

Info

Publication number: CN103515679B
Application number: CN201310467441.8A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 顾家; 朱丹; 邓良; 方思慧; 陈龙; 冯辰辰; 李雁; 罗鸣; 施淑媛; 陈相治; 朱正和
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: CN103515679A

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，包括陶瓷基板，上表面金属壁、下表面金属壁，五十三个金属化通孔形成的金属壁以及上表面金属壁两端共面波导输入输出端口。本发明频带为W波段，是由SIW技术实现。该技术具有覆盖频段广、插入损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、抗电磁干扰特性优，可控性好、成品率高等突出优点。太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，鉴于如今各通信频段使用已趋于饱和，W波段及以上频段具有广阔的开发前景。

Description

基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，涉及一种应用于微波毫米波电路的带通滤波器，尤其涉及一种基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器。

背景技术

信息时代的到来，移动通信、卫星通信以及星载电子等方面的迅猛发展，对微波、毫米集成电路提出了更高的要求。高性能、低成本、小体积的微波、毫米波电路受到了越来越多的关注。而利用 SIW 技术所构成的元器件具有高 Q值、大功率容量、易于加工、造价低和容易集成的优点，使得微波、毫米波高集成度系统的实现成为可能。在众多的元器件中，滤波器作为通信系统中最基本、最重要的组成部分得到了较多的关注和研究。滤波器的应用相当广泛，几乎所有的收发设备中都离不开滤波器。但是通信技术持续快速的发展使得频率资源越来越紧张，所以在现代微波、毫米波通信系统中，尤其是卫星通信和移动通信系统中，对高 Q 值、等时延、带内低插入损耗、带外高抑制特性的微波带通滤波器的需求越来越强烈。普通类型的微波滤波器，已经不能满足这些要求，而椭圆或准椭圆型滤波器因其响应中有传输零点故能满足这些要求。近些年来，广大的研究者开发出了大量性能优异的 SIW 滤波器。特别是基于 LTCC的多层 SIW 滤波器，因其体积、重量、加工、造价以及性能方面的优势使得它在微波、毫米波系统中的应用潜力巨大。它不仅能够提高滤波器的性能，而且能够极大的减小滤波器的面积以实现小型化。

目前国内外对W波段的滤波器进行了大量的研究，然而插入损耗大，加工难度大成为主要的技术瓶颈。由于频率高，常用的带状线或者交指型已经很难设计出性能良好的滤波器，可用于毫米波的波导滤波器在加工工艺上面临很大的考验，毫米波应用广泛的SIW滤波器的加工工艺难度和成本大大提高。而将SIW技术应用到滤波器的设计中，使微波滤波器的实现形式变得更加丰富，结构更加灵活，同时电路性能也得到大幅提升，为SIW滤波器带来更广泛的应用前景，因此SIW滤波器的研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供通带损耗低、相位线性特性好、结构简单、可靠性高、成本低、使用方便的基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，其特征在于：包括陶瓷基板、上表面金属壁、下表面金属壁、输入端口、输出端口、五十三个金属化通孔、由金属化通孔形成的九个金属电壁；其中上表面金属壁是在陶瓷基板的上表面印刷的金属层，下表面金属壁是在陶瓷基板的下表面印刷的金属层；五十三个金属化通孔的两端分别与上表面金属壁和下表面金属壁相连接；上表面金属壁的一端开槽作为输入端口，上表面金属壁的另一端开槽作为输出端口;第一电壁是由第十五金属化通孔、第十六金属化通孔、第十七金属化通孔、第十八金属化通孔组成的；第二电壁是由第二十金属化通孔、第二十一金属化通孔、第二十二金属化通孔、第二十三金属化通孔组成的；第三电壁是由第十九金属化通孔、第二十四金属化通孔、第二十五金属化通孔、第二十六金属化通孔、第二十七金属化通孔、第二十八金属化通孔组成的；第四电壁是由第三十金属化通孔、第三十一金属化通孔、第三十二金属化通孔组成的；第五电壁是由第三十三金属化通孔、第三十四金属化通孔、第三十五金属化通孔、第三十六金属化通孔组成的；第六电壁是由第三十七金属化通孔、第三十八金属化通孔、第三十九金属化通孔、第四十金属化通孔、第四十一金属化通孔组成的；第七电壁是由第四十二金属化通孔、第四十三金属化通孔、第四十四金属化通孔、第四十五金属化通孔、第四十六金属化通孔组成的；第八电壁是由第四十七金属化通孔、第四十八金属化通孔、第四十九金属化通孔、第五十金属化通孔组成的；第九电壁是由第五十一金属化通孔、第五十二金属化通孔、第五十三金属化通孔组成的。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）带内平坦、通带内插损低；（2）中心频率高，带外抑制高；（3）体积小、重量轻、可靠性高；（4）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（5）相对于用金属壁作为边界的滤波器，SIW具有更陡峭的边带与更平坦的通带特性，成本低；（6）相位线性特性好；（7）高Q值，功率容量大。

附图说明

图1为本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器的结构图。

图2为本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器的结构俯视图。

图3为本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器的幅频特性曲线。

图4为本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器的相频特性曲线。

具体实施方式：

本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，包括陶瓷基板，陶瓷基板的上下表面和金属化通孔，由金属化通孔和陶瓷基板形成的谐振腔，以及上表面金属壁两端共面波导输入、输出端口。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

结合图1、图2，本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，包括陶瓷基板S，上表面金属壁G1，下表面金属壁G2，输入端口P1，输出端口P2，金属化通孔V1—V14，由金属化通孔形成的九个金属电壁L1—L9，由九个金属电壁L1—L9、十四个金属化通孔V1—V14和陶瓷基板S形成的四个谐振腔R1、R2、R3、R4，第一谐振腔R1和第二谐振腔R2之间的第一耦合缝隙C12，第二谐振腔R2和第三谐振腔R3之间的第二耦合缝隙C23，第三谐振腔R3和第四谐振腔R4之间的第三耦合缝隙C34。其中第一谐振腔R1由电壁L1、L3、L9以及金属化通孔V1—V4与上表面金属壁G1、下表面金属壁G2形成；第二谐振腔R2由电壁L7、L8以及金属化通孔V3、V4、V5、V6、V7、V9与上表面金属壁G1、下表面金属壁G2形成；第三谐振腔R3由电壁L5、L6以及第五金属化通孔V7、V8、V9、V10、V11、V12与上表面金属壁G1、下表面金属壁G2形成；第四谐振腔R4由电壁L2、L3、L4以及金属化通孔V10、V12、V13、V14与上表面金属壁G1、下表面金属壁G2形成。

结合图1、图2，本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，包含四个谐振腔R1、R2、R3和R4。第一谐振腔R1和第二谐振腔R2通过第一耦合缝隙C12耦合，第二谐振腔R2和第三谐振腔R3通过第二耦合缝隙C23耦合，第三谐振腔R3和第四谐振腔R4通过第三耦合缝隙C34耦合，第一谐振腔R1和第四谐振腔R4通过第三金属电壁L3的缝隙耦合。

结合图1、图2，本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器中，在传输零点的设计上，采用了双模和交叉耦合的方式。具体来说，一是在第一至第四谐振腔（R1—R4）通过通孔形成双模，其不同的工作模式之间产生了耦合，谐振腔内两种振幅相同而相位相差180°的不同模式的电磁波耦合时，会在下边带产生一个传输零点。二是在第一谐振腔R1与第四谐振腔R4之间通过电壁L3的缝隙引入交叉电磁耦合，可以在上边带和下边带各产生一个传输零点。

本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器的工作原理简述如下：宽频带微波信号从输入端口P1进入第一谐振腔R1，通带内的微波信号通过第一耦合缝隙C12耦合到第二谐振腔R2，通带外的微波信号在谐振腔R1的谐振频率外衰减，其余信号被反射。再经过第二耦合缝隙C23耦合到第三谐振腔R3，通带外的微波信号在谐振腔R2的谐振频率外衰减，其余信号被反射。然后经过第三耦合缝隙C34耦合到第四谐振腔R4，通带外的微波信号在谐振腔R3的谐振频率外衰减，其余信号被反射。最后信号通过第四谐振腔R4到输出端口P2，通带外的微波信号在谐振腔R4的谐振频率外衰减，其余信号被反射。上边带和下边带传输零点是由于依次经过第二谐振腔R2、第三谐振器R3、第四谐振器R4的微波信号与从第一谐振腔R1直接通过金属电壁L3的缝隙传输到第四谐振腔R4的微波信号相位相差180°形成的，下边带的另一个零点是通过谐振腔内两种振幅相同而相位相差180°的不同模式的电磁波耦合时产生的，可以大大提高本发明的频率选择特性。通过改变金属化通孔V1、V2、V5、V6、V8、V11、V13、V14位置的变化，可以微调谐振腔的谐振频率，通过改变第一耦合缝隙C12、第二耦合缝隙C23、第三耦合缝隙C34的宽度可以改变通带的宽度。通过改变电壁L3通孔的距离可以改变传输零点的位置。

本发明基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器的尺寸仅为3.6mm×3.2mm×0.2mm，其性能可从图3看出，通带带宽为100GHz~106GHz，通带内最小插入损耗为2.3dB,回波损耗优于12.5dB，下边带抑制优于40dB，上边带抑制优于45dB。

Claims

1.一种基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，其特征在于：包括陶瓷基板（S）、上表面金属壁（G1）、下表面金属壁（G2）、输入端口（P1）、输出端口（P2）、五十三个金属化通孔、由金属化通孔形成的九个金属电壁；其中上表面金属壁（G1）是在陶瓷基板（S）的上表面印刷的金属层，下表面金属壁（G2）是在陶瓷基板（S）的下表面印刷的金属层；五十三个金属化通孔的两端分别与上表面金属壁（G1）和下表面金属壁（G2）相连接；上表面金属壁（G1）的一端开槽作为输入端口(P1)，上表面金属壁（G1）的另一端开槽作为输出端口（P2）;第一电壁（L1）是由第十五金属化通孔（V15）、第十六金属化通孔（V16）、第十七金属化通孔（V17）、第十八金属化通孔（V18）组成的；第二电壁（L2）是由第二十金属化通孔（V20）、第二十一金属化通孔（V21）、第二十二金属化通孔（V22）、第二十三金属化通孔（V23）组成的；第三电壁（L3）是由第十九金属化通孔（V19）、第二十四金属化通孔（V24）、第二十五金属化通孔（V25）、第二十六金属化通孔（V26）、第二十七金属化通孔（V27）、第二十八金属化通孔（V28）组成的；第四电壁（L4）是由第三十金属化通孔（V30）、第三十一金属化通孔（V31）、第三十二金属化通孔（V32）组成的；第五电壁（L5）是由第三十三金属化通孔（V33）、第三十四金属化通孔（V34）、第三十五金属化通孔（V35）、第三十六金属化通孔（V36）组成的；第六电壁（L6）是由第三十七金属化通孔（V37）、第三十八金属化通孔（V38）、第三十九金属化通孔（V39）、第四十金属化通孔（V40）、第四十一金属化通孔（V41）组成的；第七电壁（L7）是由第四十二金属化通孔（V42）、第四十三金属化通孔（V43）、第四十四金属化通孔（V44）、第四十五金属化通孔（V45）、第四十六金属化通孔（V46）组成的；第八电壁（L8）是由第四十七金属化通孔（V47）、第四十八金属化通孔（V48）、第四十九金属化通孔（V49）、第五十金属化通孔（V50）组成的；第九电壁（L9）是由第五十一金属化通孔（V51）、第五十二金属化通孔（V52）、第五十三金属化通孔（V53）组成的；第一谐振腔（R1）由第一电壁（L1）、第三电壁（L3）、第九电壁（L9）、以及第一金属化通孔（V1）、第二金属化通孔（V2）、第三金属化通孔（V3）、第四金属化通孔（V4）与上表面金属壁（G1）、下表面金属壁（G2）形成；第二谐振腔（R2）由第七电壁（L7）、第八电壁（L8）、第三金属化通孔（V3）、第四金属化通孔（V4）、第五金属化通孔（V5）、第六金属化通孔（V6）、第七金属化通孔（V7）、第九金属化通孔（V9）与上表面金属壁（G1）、下表面金属壁（G2）形成；第三谐振腔（R3）由第五电壁（L5）、第六电壁（L6）、以及第七金属化通孔（V7）、第八金属化通孔（V8）、第九金属化通孔（V9）、第十金属化通孔（V10）、第十一金属化通孔（V11）、第十二金属化通孔（V12）与上表面金属壁（G1）、下表面金属壁（G2）形成；第四谐振腔（R4）由第二电壁（L2）、第三电壁（L3）、第四电壁（L4）、以及第十金属化通孔（V10）、第十二金属化通孔（V12）、第十三金属化通孔（V13）、第十四金属化通孔（V14）与上表面金属壁（G1）、下表面金属壁（G2）形成。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的W波段高抑制微型带通滤波器，其特征在于：第一耦合缝隙（C12）是第三金属化通孔（V3）和第四金属化通孔（V4）之间的缝隙，第二耦合缝隙（C23）是第七金属化通孔（V7）和第九金属化通孔（V9）之间的缝隙，第三耦合缝隙（C34）是第十金属化通孔（V10）和第十二金属化通孔（V12）之间的缝隙；第一谐振腔（R1）和第二谐振腔（R2）通过第一耦合缝隙（C12）耦合，第二谐振腔（R2）和第三谐振腔（R3）通过第二耦合缝隙（C23）耦合，第三谐振腔（R3）和第四谐振腔（R4）通过第三耦合缝隙（C34）耦合，第一谐振腔（R1）和第四谐振腔（R4）通过第三电壁（L3）的缝隙耦合。