CN105846024B - 一种siw双层腔体滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波无源器件领域，提供一种SIW双层腔体滤波器，用以克服传统矩形波导式滤波器体积过大、不易与有源电路集成和的缺点，所述SIW双层腔体滤波器，包括介质基板、输入微带线，第一、第二、第三、第四谐振腔、输出微带线，第一、第四谐振腔并排设置构成上层谐振腔，第二、第三谐振腔并排设置构成下层谐振腔，每个谐振腔中心均设置有一个感容调配器；输入微带线通过磁耦合结构与第一谐振腔连接，所述输出微带线通过磁耦合结构与第四谐振腔连接；所述第一、第二谐振腔之间、第四、第三谐振腔之间、以及第二、第三谐振腔之间均开设耦合窗口。本发明显著提高腔体滤波器Q值，且体积小、易于实现与有源电路连接、可靠性高。

Description

一种SIW双层腔体滤波器
技术领域
本发明属于微波无源器件领域，具体涉及一种SIW双层腔体滤波器。
背景技术
SIW(Substrate Integrated Waveguide.SIW)是一种可以集成于介质基片中的新型传输线结构，SIW的基本结构是在双面覆铜介质基板上设置金属化通孔或金属柱实现的。SIW结构具有传统波导和微带线的优势，即具有低辐射、低插损、较高Q值、高功率容量、小型化、易于连接等优点。
目前，常见的腔体滤波器主要是基于传统波导(如矩形波导)制作，传统波导型滤波器虽具有Q值高、功率大，损耗低等特点；但是由于波导尺寸由所传播的电磁波波长决定，导致滤波器的体积较大，且不易与有源电路连接。因此，如何保持传统波导腔体滤波器原有优点的同时减小器件体积以及更易与有源电路的连接，成为腔体滤波器发展所面临的一大技术难题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述背景技术的缺陷提供了一种SIW双层腔体滤波器，该SIW双层腔体滤波器克服了传统矩形波导式滤波器体积过大、不易与有源电路集成和的缺点，有利于实现滤波器的小型化和与有源电路的集成，同时还具有一体化制作可靠性高的优点。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种SIW双层腔体滤波器，包括介质基板、输入微带线、第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、输出微带线，所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔开设于介质基板中，其中，第一谐振腔与第四谐振腔并排设置构成上层谐振腔，第二谐振腔与第三谐振腔并排设置构成下层谐振腔，所述上层谐振腔与下层谐振腔对应重叠设置；四个谐振腔为尺寸相同的矩形谐振腔，均由上、下两层金属铜层及连接上、下金属铜层的呈矩形排列的金属柱构成，并且每个谐振腔中心均设置有一个感容调配器；输入微带线通过磁耦合结构与第一谐振腔连接，所述输出微带线通过磁耦合结构与第四谐振腔连接；所述第一谐振腔与第二谐振腔之间、第四谐振腔与第三谐振腔之间、以及第二谐振腔与第三谐振腔之间均开设耦合窗口。
进一步的，所述输入微带线和输出微带线的特性阻抗为50欧姆。
从原理上讲，工作状态下，将本发明提供的SIW双层腔体滤波器的输入、输出微带线(即输入、输出端)分别接到微波电路中，由于SIW矩形谐振腔是基于短路二分之一波长传输线谐振器原理的，因此可等效于串联RLC谐振电路，从而实现滤波的功能。而本发明在谐振腔中心加入感容调配器后，等效于在谐振电路中引入电感电容，根据电感电容加载传输线缩短理论，能够在谐振频率不变的情况下进一步减小谐振腔尺寸。
综上，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的SIW双层腔体滤波器Q值高，与传统矩形波导式谐振腔波波器相比，体积大大减小，同时能够通过微带线与有源电路连接，有利于实现滤波器的小型化以及与其他微波有源电路的集成。
2、本发明提供的SIW双层腔体滤波器是一体化制作，大大提高其可靠性。
附图说明
图1为本发明SIW双层腔体滤波器的整体结构示意图；其中，1为输入微带线、2、为第一谐振腔、3为第二谐振腔、4为第三谐振腔、5为第四谐振腔、6为输出微带线。
图2为本发明SIW双层腔体滤波器上层结构的俯视图；其中，7、8为磁耦合结构。
图3为本发明SIW双层腔体滤波器下层结构的俯视图；其中，9为第二谐振腔与第三谐振腔的耦合窗口。
图4为本发明SIW双层腔体滤波器中各金属层金属图案示意图；其中，10为上层结构与下层结构的耦合窗口。
图5为本发明实施例SIW双层腔体滤波器插入损耗和回波损耗HFSS仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
本实施例中提供SIW双层腔体滤波器，其结构如图1所示，包括介质基板、输入微带线1、第一谐振腔2、第二谐振腔3、第三谐振腔4、第四谐振腔5、输出微带线6，本实施例了中介质基板由底到顶共20层介质浆料叠加而成，每层浆料厚度0.1mm，共2mm；所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔开设于介质基板中，其中，第一谐振腔与第四谐振腔并排设置构成上层谐振腔，第二谐振腔与第三谐振腔并排设置构成下层谐振腔，所述上层谐振腔与下层谐振腔对应重叠设置；四个谐振腔为长3.8mm、宽3.8mm、高1mm的矩形谐振腔，均由上、下两层金属铜层及连接上、下金属铜层的呈矩形排列的尺寸为0.3mm*0.3mm*1mm，中心间距为0.5mm的28个金属柱构成，并且每个谐振腔中心均设置有一个感容调配器，该感容调配器具体包括四部分：连接谐振腔顶部往底方向和连接谐振腔底部往顶方向的两个0.3mm*0.3mm*0.4mm金属柱和每个金属柱另一端连接的两个厚度0.012mm，中心距为0.2mm的金属片，其中第一谐振腔和第四谐振腔的金属片尺寸为1.06mm*1.06mm，第二谐振腔和第三谐振腔金属片尺寸为1.1mm*1.1mm；所述输入微带线与输出微带线分别设置于输入端与输出端，其中，输入微带线通过磁耦合结构7与第一谐振腔耦合连接，输出微带线通过磁耦合结构8与第四谐振腔耦合连接，两个磁耦合结构相同，尺寸一致，由一段宽度0.64mm、长度为1mm、间隙为0.33mm的共面波导和连接着共面波导末端由顶往底方向0.5mm*0.5mm*0.8mm长方体金属柱构成；所述第一谐振腔与第二谐振腔之间、第四谐振腔与第三谐振腔之间、以及第二谐振腔与第三谐振腔之间均开设耦合窗口。其中第一谐振腔与第二谐振腔之间的耦合窗口与第四谐振腔与第三谐振腔之间耦合窗口构成上层结构与下层结构的耦合窗口10，由四个1.2mm*0.69mm的长方形窗口构成，第二谐振腔与第三谐振腔耦合窗口9为一排以耦合窗口为中心，两边各由2个尺寸为0.3mm*0.3mm*1mm，间距为0.5mm的长方体金属柱构成的宽度为2.78mm的耦合窗口。
进一步地，所述输入微带线1和输出微带线6为50欧姆微带线；
进一步地，所述介质基板采用Dupont Ltcc 943,介电常数为7.4，损耗正切角为0.002的介质浆料，经流延、打孔、叠片、通孔注银、等静压、烧结等LTCC工艺制得。
进一步地，所述所有金属导体图案由LTCC工艺的丝网印刷而成。
进一步地，所述SIW双层腔体滤波器的尺寸为长*宽*高＝4.8mm*13.3mm*2mm。
图5为实施例SIW双层腔体滤波器插入损耗和回波损耗仿真结果图。由图5可知，实施例所述SIW双层腔体滤波器，中心频率为10GHz，在10GHz处插入损耗为0.737dB，回波损耗为-27.37dB，3dB带宽为700MHz。在9.8GHz～10.2GHz中回波损耗小于-26.9dB，插损大于-0.87dB，在偏离正负中心频率750MHz的带外抑制小于-30dB。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种SIW双层腔体滤波器，包括介质基板、输入微带线、第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、输出微带线，所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔开设于介质基板中，其中，第一谐振腔与第四谐振腔并排设置构成上层谐振腔，第二谐振腔与第三谐振腔并排设置构成下层谐振腔，所述上层谐振腔与下层谐振腔对应重叠设置；四个谐振腔为尺寸相同的矩形谐振腔，均由上、下两层金属铜层及连接上、下金属铜层的呈矩形排列的金属柱构成，并且每个谐振腔中心均设置有一个感容调配器；输入微带线通过磁耦合结构与第一谐振腔连接，所述输出微带线通过磁耦合结构与第四谐振腔连接；所述第一谐振腔与第二谐振腔之间、第四谐振腔与第三谐振腔之间、以及第二谐振腔与第三谐振腔之间均开设耦合窗口；所述感容调配器包括四部分：连接谐振腔顶部中心位置往底方向和连接谐振腔底部中心位置往顶方向的两个金属柱，以及连接于所述两个金属柱另一端的两个金属片。
2.按权利要求1所述SIW双层腔体滤波器，其特征在于，所述输入微带线和输出微带线的特性阻抗为50欧姆。
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