CN106252804A - 多层毫米波滤波器 - Google Patents

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汪龙
宣祖好
杨卅男
郎小元
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Abstract

本发明公开了一种多层毫米波滤波器；其包括从上往下依次层叠的第一PCB层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层。本发明的多层毫米波滤波器结合了金属工艺和PCB工艺，融合了腔体结构和平面结构的优点，具有工作频率高、带内插损小、通用性强、体积小、易于集成与制造等优点，具有良好的应用前景。

Description

多层毫米波滤波器
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种多层毫米波滤波器。
背景技术
毫米波是指波长在1mm-10mm，也就是频率在30GHz-300GHz范围内的电磁波。毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。
毫米波在空间中传播时存在大气窗口，在35GHz，94GHz等频段附近传播的衰减很对较小,这就为无线通信技术带来了极大的便利。同时在60GHz，120GHz等频段附近有较强的衰减特性，这就为军事上的保密通信和雷达隐藏工作提供了相对好的条件。由于毫米波的频段从30GHz-300GHz之间，270GHz的带宽是微波的10倍左右，在当今频谱资源日益趋紧的时候，开发毫米波就显得格外重要。毫米波由于波束更窄，所以定位更加准确，图形成像更加清晰。由于波长较微波短，所以在毫米波器件更小，有利于器件的小型化。
随着通信技术的不断发展，滤波器作为选频器件，在电子电路中的作用日益重要。对于电子电路而言，高性能、小型化、低成本、高集成度等一直是元器件发展的主要方向。在毫米波频段，波导、同轴结构等滤波器还仍占据重要的位置，这些类型滤波器制约着器件的小型化和集成。
发明内容
本发明的发明目的是：为了解决现有技术中滤波器小型化困难及集成度低等问题，本发明提出了一种多层毫米波滤波器，以期实现滤波器的小型化和高集成度。
本发明的技术方案是：一种多层毫米波滤波器，包括从上往下依次层叠的第一PCB层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层；所述第一PCB层上表面两端对称设置有输入端口和输出端口，下表面镀金并设置有两个关于长边中垂线对称的耦合窗；所述第一金属层、第三金属层及第五金属层均设置有两个关于长边中垂线对称的谐振腔，两个谐振腔之间均设置有横梁；所述第三金属层和第五金属层的横梁中间均设有开口；所述第二金属层和第四金属层均设置有两个关于长边中垂线对称的耦合窗。
进一步地，所述第一PCB层的输入端口和输出端口均采用共面波导。
进一步地，所述共面波导的中心带通过微带线与第一PCB层耦合窗连接。
进一步地，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层表面均镀金。
进一步地，所述第五金属层的横梁的开口大小大于第三金属层的横梁的开口大小。
本发明的有益效果是：本发明的多层毫米波滤波器结合了金属工艺和PCB工艺，融合了腔体结构和平面结构的优点，具有工作频率高、带内插损小、通用性强、体积小、易于集成与制造等优点，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的多层毫米波滤波器结构示意图。
图2是本发明实施例中仿真结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的多层毫米波滤波器结构示意图。一种多层毫米波滤波器，包括从上往下依次层叠的第一PCB层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层；所述第一PCB层上表面两端对称设置有输入端口和输出端口，下表面镀金并设置有两个关于长边中垂线对称的耦合窗；所述第一金属层、第三金属层及第五金属层均设置有两个关于长边中垂线对称的谐振腔，两个谐振腔之间均设置有横梁；所述第三金属层和第五金属层的横梁中间均设有开口；所述第二金属层和第四金属层均设置有两个关于长边中垂线对称的耦合窗。
本发明的第一PCB层采用通过PCB工艺加工的PCB板，第一PCB层上表面为端口层，其长边两端对称设置有输入端口和输出端口，输入端口和输出端口均采用共面波导，共面波导阻抗为50欧姆，从而便于与其它器件进行连接，同时也有利于大规模集成。第一PCB层下表面关于长垂边中线对称设置有两个耦合区域，下表面除耦合区域外的其它区域均进行镀金处理，从而在耦合区域形成两个耦合窗。第一PCB层上表面的共面波导中心带与微带线的一端连接，微带线的另一端与耦合区域重合，从而实现与第一PCB层下表面的耦合窗连接，将输入端口输入的电磁波耦合到谐振腔中或将谐振腔中的电磁波耦合到输出端口；微带线采用渐变结构，与共面波导中心带连接的一端至于耦合区域重合的一端逐渐变宽，从而在导入或导出电磁波时能够更好的过渡，防止电磁波在某一段发生激变。
本发明的第一金属层采用通过金属工艺加工的金属板，具体为采用化学腐蚀方法在黄铜上腐蚀出谐振腔；谐振腔设置为两个，并且关于第一金属层长边中点连线即中垂线对称；两个谐振腔之间采用横梁隔开；腐蚀处理完成后对第一金属层表面进行镀金处理。
本发明的第二金属层采用通过金属工艺加工的金属板，具体为采用化学腐蚀方法在黄铜上腐蚀出耦合窗；耦合窗设置为两个，并且关于第二金属层长边中点连线即中垂线对称，从而将电磁波引入到下一个腔体中，使得电磁波可以在不同的谐振器之间有耦合，可以形成带外零点得到良好的带外抑制效果。
本发明的第三金属层采用通过金属工艺加工的金属板，具体为采用化学腐蚀方法在黄铜上腐蚀出谐振腔；谐振腔设置为两个，并且关于第三金属层长边中点连线即中垂线对称；两个谐振腔之间采用横梁隔开；为了使得两个谐振腔内的电磁场发生耦合，本发明在横梁中间设置开口，形成耦合窗；腐蚀处理完成后对第三金属层表面进行镀金处理。
本发明的第四金属层采用通过金属工艺加工的金属板，具体为采用化学腐蚀方法在黄铜上腐蚀出耦合窗；耦合窗设置为两个，并且关于第四金属层长边中点连线即中垂线对称，从而将电磁波引入到下一个腔体中，使得电磁波可以在不同的谐振器之间有耦合，可以形成带外零点得到良好的带外抑制效果。
本发明的第五金属层采用通过金属工艺加工的金属板，具体为采用化学腐蚀方法在黄铜上腐蚀出谐振腔；谐振腔设置为两个，并且关于第五金属层长边中点连线即中垂线对称；两个谐振腔之间采用横梁隔开；为了使得两个谐振腔内的电磁场发生耦合，本发明在横梁中间设置开口，形成耦合窗，第五金属层的横梁的开口大小大于第三金属层的横梁的开口大小；腐蚀处理完成后对第五金属层表面进行镀金处理。
为了同其他的器件进行更好的集成，本发明的第二PCB层采用通过PCB工艺加工的PCB板，第二PCB层表面全部镀金，从而有效的防止电磁波的泄露。
本发明将上述从上往下依次层叠的第一PCB层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层采用导电胶进行粘合，从而形成完整的多层毫米波滤波器。本发明结合了金属工艺和PCB工艺，加工形成多层的谐振结构，这种结构融合了腔体结构和平面结构的优点，在毫米波频段具有带宽窄、损耗小、带外抑制好的优点，体积仅为13mm X 8mm，较同性能的腔体滤波器小50％左右，而且便于集成等。
滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。由于频率的逐渐升高，微波毫米波滤波器有自己独特的特点。将滤波器看成是一个二端口网络，利用矩阵来设计滤波器，而且设计滤波器的器材多为微带，共面波导，金属腔体等。
本发明的多层毫米波滤波器结合了腔体滤波器和微带滤波器的优点。具有腔体滤波器的带内损耗小，矩形系数高，一致性好，还兼有微带滤波器的成本低，加工简单，易于同其他器件集成等优点。其工作过程为：电磁场经共面波导，通过第一PCB层上的耦合窗口引入到腔体内部，在腔体内部电磁场发生震荡形成电磁谐振器，此时腔体具有储能和选频的特性，通过控制谐振腔的大小就可以选择所需的信号频率。由于第三金属层和第五金属层的谐振腔之间开有耦合窗，那么谐振腔之间就会产生耦合，实际上是电磁场可以通过多条路径汇聚于输出端口，由于电磁场走的路径的不同，会产生相位差，通过调节滤波器的结构就能使得两条不同路径电磁场在输出端口有180°的相位差，这样就会在某一点产生一个输出零点，提高滤波器的选频特性。如图2所示，为本发明实施例中仿真结果示意图，其中S21为滤波器传输损耗曲线，S11为滤波器的回波损耗曲线，对于无耗的网络系统有S112+S212＝1，可以清晰的看见滤波器在30GHz左右有一个传输通带，在通带外曲线下降的很快，这表明滤波器让某一频段的信号通过，对其他频段的信号起衰减作用。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多层毫米波滤波器，其特征在于，包括从上往下依次层叠的第一PCB层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层；所述第一PCB层上表面两端对称设置有输入端口和输出端口，下表面镀金并设置有两个关于长边中垂线对称的耦合窗；所述第一金属层、第三金属层及第五金属层均设置有两个关于长边中垂线对称的谐振腔，两个谐振腔之间均设置有横梁；所述第三金属层和第五金属层的横梁中间均设有开口；所述第二金属层和第四金属层均设置有两个关于长边中垂线对称的耦合窗。
2.如权利要求1所述的多层毫米波滤波器，其特征在于，所述第一PCB层的输入端口和输出端口均采用共面波导。
3.如权利要求2所述的多层毫米波滤波器，其特征在于，所述共面波导的中心带通过微带线与第一PCB层耦合窗连接。
4.如权利要求3所述的多层毫米波滤波器，其特征在于，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层及第二PCB层表面均镀金。
5.如权利要求4所述的多层毫米波滤波器，其特征在于，所述第五金属层的横梁的开口大小大于第三金属层的横梁的开口大小。
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