CN104112888A - 一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器 - Google Patents

Abstract

一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器，它涉及一种基片集成波导带通滤波器，具体涉及一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器。本发明为了解决现有的SIW滤波器的工作频率普遍较高，不适用于工作频段较低的移动通信系统的问题。本发明包括第一金属印刷层、介质基板、第二金属印刷层和两个平衡微带线，第一金属印刷层、介质基板、第二金属印刷层均为长方形薄板，第一金属印刷层、介质基板、第二金属印刷层由上至下依次设置，第一金属印刷层印刷在介质基板的上表面上，第二金属印刷层印刷在介质基板下表面的中部，两个平衡微带线印刷在介质基板的下表面上。本发明用于无线通信领域。

Description

一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种基片集成波导带通滤波器，具体涉及一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器，属于无线通信领域。

背景技术

基片集成波导，又称为介质集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)，是近年来提出的一种新形波导结构，它是一种在介质基片上实现类似于金属矩形波导传输特性的导波结构，由于该结构具有低辐射、低插损、小形化、易于集成等优点，成为研究的热点，也被广泛应用于滤波器的设计。借助于印刷电路工艺，基于介质集成波导的滤波器的低成本批量生产称为可能。但是，普通的基片集成波导带通滤波器的带宽普遍较窄，一般不到10％，无法满足移动通信系统的更高要求。而且，现有的SIW滤波器的工作频率普遍较高，这类滤波器的工作频段从5GHz左右起步，最高达到F波段(90～140GHz)，很少关注低频段，而移动通信系统的工作频段普遍较低，这就制约了其在移动通信系统中的发展。

发明内容

本发明为解决现有的SIW滤波器的工作频率普遍较高，不适用于工作频段较低的移动通信系统的问题，进而提出一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括第一金属印刷层、介质基板、第二金属印刷层和两个平衡微带线，第一金属印刷层、介质基板、第二金属印刷层均为长方形薄板，第一金属印刷层、介质基板、第二金属印刷层由上至下依次设置，第一金属印刷层印刷在介质基板的上表面上，第二金属印刷层印刷在介质基板下表面的中部，两个平衡微带线印刷在介质基板的下表面上，且两个平衡微带线位于第二金属印刷层的两端，每个平衡微带线的一端与第一金属印刷层相对应一端的中部连接，每个平衡微带线的另一端与介质基板相对应一端的中部连接，第一金属印刷层上表面的中部设有五个五字形缺陷地结构，第二金属印刷层下表面的两侧边缘分别各设有一排金属化过孔，且每个金属化过孔依次穿过第二金属印刷层、介质基板、第一金属印刷层。

本发明的有益效果是：仿真结果表明，本发明的通带为1.77～2.83GHz，相对带宽为46.1％。根据仿真结果，制作了滤波器实物，测试结果显示，滤波器的带宽为1.80～2.81GHz，相对带宽达到43.8％。仿真与实验结果表明，本发明所设计的滤波器工作频带覆盖1.8～2.8GHz，相对带宽能达到43.5％以上，带内插损低于2dB，带外抑制达到了30dB以上。该滤波器为印刷型结构，具有剖面低、重量轻、易于集成，具有带宽较宽的特点，可以广泛应用在第四代移动通信系统中。

附图说明

图1是本发明的主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的仰视图，图4是本发明的S参数仿真结果示意图，图5是本发明的S参数测试结果示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器包括第一金属印刷层1、介质基板2、第二金属印刷层3和两个平衡微带线4，第一金属印刷层1、介质基板2、第二金属印刷层3均为长方形薄板，第一金属印刷层1、介质基板2、第二金属印刷层3由上至下依次设置，第一金属印刷层1印刷在介质基板2的上表面上，第二金属印刷层3印刷在介质基板2下表面的中部，两个平衡微带线4印刷在介质基板2的下表面上，且两个平衡微带线4位于第二金属印刷层3的两端，每个平衡微带线4的一端与第一金属印刷层3相对应一端的中部连接，每个平衡微带线4的另一端与介质基板2相对应一端的中部连接，第一金属印刷层1上表面的中部设有五个五字形缺陷地结构6，第二金属印刷层3下表面的两侧边缘分别各设有一排金属化过孔5，且每个金属化过孔5依次穿过第二金属印刷层3、介质基板2、第一金属印刷层1。

本实施方式中介质基板2的两端均与同轴接头连接，每个平衡微带线4也与相对应的一个同轴接头连接。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器的每个平衡微带线4由第一长方形段4-1、等腰梯形段4-2和第二长方形段4-3组成，第一长方形段4-1的一端与第二金属印刷层3相对应的一端中部连接，第一长方形段4-1的另一端与等腰梯形段4-2的底边连接，等腰梯形段4-2的顶边与第二长方形段4-3的一端连接，第二长方形段4-3的另一端与介质基板1下表面相对应的一端中部连接。

本实施方式的技术效果是：如此设置，可以使得电流沿着具有梯形渐变形式的馈线流动，从而减小反射，提高阻抗匹配效果。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器的每个五字形缺陷地结构6由长竖槽6-1、短竖槽6-2和三个横槽6-3组成，三个横槽6-3与长竖槽6-1组成王字形，短竖槽6-2的上端与位于中间的横槽6-3的右端连通。

本实施方式的技术效果是：如此设置，能够保证加载的五字形缺陷地结构的凹槽能够在通带内等效为并联或者串联的电感元件，和其他参数共同组成带通滤波网络。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器的介质基板2的长度为280mm，介质基板2的宽度为62mm，介质基板2的厚度为0.5mm，介质基板2的相对介电常数为2.2。

本实施方式中介质基板2的损耗角正切tanδ≤5×10^-3。本实施方式的技术效果是：如此设置，L1的设置能够保证有足够的加载的五字形缺陷地结构，从而实现带宽的展宽；W1的设置能够保证滤波器的通频带是移动通信的频带；而较小厚度和损耗角正切的选择则是为了尽量减小介质损耗。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器的第一金属印刷层1的长度为280mm，第一金属印刷层1的宽度为62mm，第一金属印刷层1的厚度为0.018mm，第二金属印刷层3的长度为120mm，第二金属印刷层3的宽度为62mm，第二金属印刷层3的厚度为0.018mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，可以保证加载有足够的五字形缺陷地结构并且减小金属的重量。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器的每个金属化过孔5的直径为1.6mm，相邻两个金属化过孔5的中心距为2.5mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，可以保证基片集成波导的边缘的金属化过孔组能够屏蔽电磁波并且保证一定的强度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器的第一长方形段4-1的宽度为10mm，等腰梯形段4-2的高为65mm，第二长方形段4-3的宽度为1.7mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，可以实现电流的渐变传输，减小反射，提高匹配程度。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器的长竖槽6-1的槽宽为1mm，长竖槽6-1的长度为20mm，短竖槽6-2的长度为5mm，短竖槽6-2的下端与位于底部的横槽6-3之间的距离L为10.75mm，横槽6-3的长度为6mm，横槽6-3的槽宽1.5mm，相邻两个五字形缺陷地结构6之间的距离W为15mm。

本实施方式的技术效果是：如此设置，能够保证加载的五字形缺陷地结构的凹槽能够在通带的频率内等效为并联或者串联的电感元件，这些电感元件的电感值的范围可以通过其结构参数确定，和其他参数共同组成带通滤波网络。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

工作原理

本发明加载五字形缺陷地结构的基片集成波导(SIW)带通滤波器的宽带带通特性主要是通过在SIW上加载“五”字形缺陷地结构，即异形槽缝结构来实现，SIW与传统介质填充矩形波导相似，具有高通特性；而“五”字形缺陷地结构具有低通特性，因此，两者的结合将会产生带通特性。

Claims (8)

1.一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器包括第一金属印刷层(1)、介质基板(2)、第二金属印刷层(3)和两个平衡微带线(4)，第一金属印刷层(1)、介质基板(2)、第二金属印刷层(3)均为长方形薄板，第一金属印刷层(1)、介质基板(2)、第二金属印刷层(3)由上至下依次设置，第一金属印刷层(1)印刷在介质基板(2)的上表面上，第二金属印刷层(3)印刷在介质基板(2)下表面的中部，两个平衡微带线(4)印刷在介质基板(2)的下表面上，且两个平衡微带线(4)位于第二金属印刷层(3)的两端，每个平衡微带线(4)的一端与第一金属印刷层(3)相对应一端的中部连接，每个平衡微带线(4)的另一端与介质基板(2)相对应一端的中部连接，第一金属印刷层(1)上表面的中部设有五个五字形缺陷地结构(6)，第二金属印刷层(3)下表面的两侧边缘分别各设有一排金属化过孔(5)，且每个金属化过孔(5)依次穿过第二金属印刷层(3)、介质基板(2)、第一金属印刷层(1)。

2.根据权利要求1所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：每个平衡微带线(4)由第一长方形段(4-1)、等腰梯形段(4-2)和第二长方形段(4-3)组成，第一长方形段(4-1)的一端与第二金属印刷层(3)相对应的一端中部连接，第一长方形段(4-1)的另一端与等腰梯形段(4-2)的底边连接，等腰梯形段(4-2)的顶边与第二长方形段(4-3)的一端连接，第二长方形段(4-3)的另一端与介质基板(1)下表面相对应的一端中部连接。

3.根据权利要求1所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：每个五字形缺陷地结构(6)由长竖槽(6-1)、短竖槽(6-2)和三个横槽(6-3)组成，三个横槽(6-3)与长竖槽(6-1)组成王字形，短竖槽(6-2)的上端与位于中间的横槽(6-3)的右端连通。

4.根据权利要求1所述一种加载五字形缺陷地结构的基片集成波导带通滤波器，其特征在于：介质基板(2)的长度为280mm，介质基板(2)的宽度为62mm，介质基板(2)的厚度为0.5mm，介质基板(2)的相对介电常数为2.2。

5.根据权利要求1所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器，其特征在于：第一金属印刷层(1)的长度为280mm，第一金属印刷层(1)的宽度为62mm，第一金属印刷层(1)的厚度为0.018mm，第二金属印刷层(3)的长度为120mm，第二金属印刷层(3)的宽度为62mm，第二金属印刷层(3)的厚度为0.018mm。

6.根据权利要求1所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器，其特征在于：每个金属化过孔(5)的直径为1.6mm，相邻两个金属化过孔(5)的中心距为2.5mm。

7.根据权利要求2所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器，其特征在于：第一长方形段(4-1)的宽度为10mm，等腰梯形段(4-2)的高为65mm，第二长方形段(4-3)的宽度为1.7mm。

8.根据权利要求3所述一种加载I形缺陷地结构的基片集成波导宽带带通滤波器，其特征在于：长竖槽(6-1)的槽宽为1mm，长竖槽(6-1)的长度为20mm，短竖槽(6-2)的长度为5mm，短竖槽(6-2)的下端与位于底部的横槽(6-3)之间的距离(L)为10.75mm，横槽(6-3)的长度为6mm，横槽(6-3)的槽宽1.5mm，相邻两个五字形缺陷地结构(6)之间的距离(W)为15mm。