CN107591595A - 基于半模基片集成波导及csr结构的双模可重构滤波器 - Google Patents
基于半模基片集成波导及csr结构的双模可重构滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于微波毫米波技术领域，提供基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，主要解决了普通可调滤波器插入损耗大以及在PIN二极管的偏置电压无法直接添加到基片集成波导等问题，本发明是采用半模基片集成波导技术，而上层金属图形层包括半模基片集成波导覆铜层、直流偏置电路及“山”字形微带线等结构，覆铜层两边有两个互补圆形螺旋谐振环(CSR)，通过施加正向/反向偏压，PIN管导通或截止，使得上层金属铜与“山”字型微带线导通或断开，最终实现单双通带切换。该特征下的可重构滤波器具有体积小，插入损耗低，具有多个传输零点，带外抑制高，加载直流馈电方便、调谐速度快、调谐方便等特点，特别适用于无线通信系统。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波技术领域，涉及基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，特别适宜于无线通信系统。
背景技术
近年来，无线通信系统要求能适应多频段、多标准工作，导致系统前所未有的复杂。通信之间的相互干扰越来越严重，由此引发的频谱资源的紧张以及不同通讯用户之间越来越强的干扰问题也越来越严重，在这种情况下，高性能的滤波器作为改善这种情况的有效手段的到研究人员持续的研究与发展，而可重构微波元件具有降低系统复杂度的潜能，特别是在军事通信领域，是对抗无线电干扰的有效手段，可重构滤波器作为可重构系统中最重要的器件之一，能用于通道的选择和镜频抑制，非常适用于下一代无线通信系统。
可重构滤波器的实现方式包括半导体二极管、铁电材料、钇铁石榴石(YIG)、铁氧体等磁铁体、压电体、微机电系统(MEMS)等，随着时间的推移，可重构滤波器正向着小型化、平面化、轻量化、高集成度的方向发展。由于调谐元件的引入，可重构滤波器的损耗通常大于普通滤波器，为了改善可重构滤波器的损耗特性，引入基片集成波导技术，它相比于金属波导和平面微带结构，基片集成波导它的Q值高，重量轻，损耗小，功率容量大，成本低，易于与其它平面电路集成。而半模基片集成波导具有和矩形基片波导相同的特性，但其横向尺寸减少一半，具有小型化的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，该滤波器具有体积小，插入损耗低，带外抑制高，加载直流馈电方便、调谐速度快、调谐方便等特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，由由从下往上依次层叠的下层金属地(32)、中间介质层(1)及上层金属图形层构成；其特征在于，
其中，上层金属图形层包括半模基片集成波导覆铜层(31)、直流偏置电路及“山”字形微带线(7)；所述半模基片集成波导覆铜层(31)通过其上边缘位置设置的一排贯穿中间介质层的金属化通孔(41)、与下层金属地共同构成半模基片集成波导，半模基片集成波导覆铜层(31)左右两边通过梯形微带转换结构(51、52)分别连接输入微带线(161)、输出微带线(162)，半模基片集成波导覆铜层下边中心位置引出第一金属焊盘(81)；所述半模基片集成波导覆铜层(31)上还左右对称开设有两个互补圆形螺旋谐振环(CSR)(61、62)；
所述直流偏置电路包括接地金属片(15)，直流电源(17)，以及依次连接的第二金属焊盘(86)、接地电容(14)、第三金属焊盘(85)、限流电阻(13)、第四金属焊盘(83)、扼流电感(12)、第五金属焊盘(82)；直流电源(17)跨接于第三金属焊盘(85)与接地金属片(15)之间，接地金属片(15)连接第二金属焊盘(86)；第一金属焊盘(81)与第五金属焊盘(82)之间跨接有隔直电容(9)；
所述“山”字形微带线(7)的中间微带线与第四直流偏置电路金属焊盘(82)之间跨接PIN二极管(11)，PIN二极管的阳极连接第四直流偏置电路金属焊盘(82)上。
进一步的，所述互补圆形螺旋谐振环是在半模基片集成波导覆铜层上刻蚀图案所构成的，其图案是由两个宽度和间距相等的圆环并在下边中心位置开口处内环与外环连接。
所述接地金属片通过金属化通孔(42)与下层金属地连接。
本发明是在结合半模基片集成波导的基础上并增加互补圆形螺旋谐振环，“山”字形微带线等结构，在外加正向电压的作用下，PIN导通，即上层金属铜(31)与“山”字形微带线(7)连接，使得滤波器拥有双通带，并有两个传输零点，带外抑制高，而当施加反向偏压时，PIN二极管截止，上层金属铜(31)与“山”字型微带线(7)断开，滤波器呈现单通带，具有一个传输零点，带外抑制高，通过施加正向偏压和反向偏压，PIN管导通或截止，使得单双通带切换。互补圆形螺旋谐振环，其中内环与外环相接，两个谐振环的宽度和间距相等，众所周知，使用基片集成波导技术，通过谐振频率公式可得，其谐振频率越小，其矩形波导的等效长度、宽度越大，所以低频段采用基片集成波导技术的尺寸相对较大，而降低其尺寸比较困难，通过仿真我们发现互补开口谐振环的开口位置对中心频率有着巨大的影响，当开口相对时，随着两开口相互靠拢时，谐振频率逐渐增大，而当两开口在同一侧时，谐振频率最大，而当将两开口连接起来，其谐振频率急剧减小，所以这里我们采用互补开口谐振环并加以改进，将内环与外环连接起来，得到互补螺旋谐振环，而两对称互补螺旋谐振环随着之间的距离增大，其通带选择性越好，其距离在加工精度允许的条件下选择。本发明中“山”字型微带线能够产生非简并双模模式。
本发明的有益效果在于：
1.本发明采用基片集成波导技术，相比于微带线，它Q值高，重量轻，损耗小，功率容量大，成本低，易于与其它平面电路集成。半模基片集成波导具有和矩形基片波导相同的特性，但其横向尺寸减少一半，具有小型化的作用。
2.由于采用基片集成波导技术，由基片集成波导的等效尺寸与谐振频率的关系可知，谐振频率越小，尺寸越大，所以采用基片集成波导技术的低频滤波器极不容易实现，本发明一个优点是采用互补开口谐振环，并将开口由相对改为并排，并把开口的内环和外环连接起来，得到互补螺旋谐振环，使得谐振频率急剧减小，因此由互补螺旋谐振环控制其谐振频率，使得外部半模基片集成波导的尺寸大大减小。
3.本发明由半模基片集成波导及CSR结构产生第一通带，并有一个传输零点，而E型微带线能够产生非简并双模模式，所以“山”字形微带线高次模式产生第二通带，并有一个传输零点，带外抑制很好。
4.焊盘之间焊接有隔直电容，扼流电感，其作用是当施加直流偏置电压时，隔直电容可以防止电压通过基片集成波导进入矢量网络分析仪而造成损害，扼流电感是为了隔交流通直流。
5.本发明使用的PIN管，开断时间为纳秒级别，调谐速度快。
6.本发明在50欧姆微带线后采用梯形过渡的微带线形式过渡到谐振腔，可以极大的减少反射。
7.本发明可以通过要求而改进互补螺旋谐振环的半径以及“山”字形微带线的长度来控制不同的频段的单双通带切换，具有广泛的应用市场。
附图说明
图1为本发明提供的基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器的俯视图。
图2为图1侧面示意图。
图3为图1的底部结构示意图。
图4为图1中PIN二极管断开时的回波损耗S11曲线。
图5为图1中PIN二极管断开时的插入损耗S21曲线。
图6为图1中PIN二极管导通时的回波损耗S11曲线。
图7为图1中PIN二极管导通时的插入损耗S21曲线。
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。
本实施例提供一种基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，其结构如图1、图2、图3所示；本实施例中，介质基板采用Rogers 4350，其介电常数为3.66，损耗因子0.004，厚度为0.508mm，PIN二极管采用的是skyworks公司的SMP1345系列PIN管，采用SC-79封装，此封装的PIN二极管总长度约为1.5mm到1.7mm，而管脚的长度约为0.15mm，扼流电感为1000nH，隔直电容为150pF，限流电阻为150欧姆，接地电容为100pF，扼流电感、隔直电容、限流电阻、接地电容均采用0603封装，即电感和电容与金属焊盘预留的长度和宽度为1.6mm和0.8mm，将隔直电容焊接在焊盘(81)和(82)之间，将PIN管焊接在焊盘(82)和(84)之间，将扼流电感焊接在焊盘(82)和(83)之间，将限流电阻焊接在焊盘(83)和(85)之间，将接地电容焊接在焊盘(85)和(86)之间，将焊盘(86)通过导线与方形打孔接地金属片(15)连接，使其接地，将焊盘(85)外接直流电源，并将电源通过导线连接方形打孔接地金属片(15)使其接地。两50欧姆微带线外接SMA接头并连接到矢量网络分析仪上测量，外置电路正偏时，这里选取一组偏置，电压1.23V，电流20mA，PIN管导通，第一通带中心频率1.850GHz，插入损耗为1.458dB，回波损耗15.048dB，第二通带中心频率4.020GHz，插入损耗为2.712dB，回拨损耗11.747dB，当外置电路反偏时，选取一组偏置，电压-5V，只有第一通带，其中心频率为1.850GHz插入损耗1.455dB，回波损耗16.405dB。整个电路尺寸为长为35.8mm宽为17mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，用于帮助技术人员理解本发明的原理，本发明的保护范围不局限在这样的特殊实例，本领域的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的其它各种变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。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 (3)
1.基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，由由从下往上依次层叠的下层金属地(32)、中间介质层(1)及上层金属图形层构成；其特征在于，
其中，上层金属图形层包括半模基片集成波导覆铜层(31)、直流偏置电路及“山”字形微带线(7)；所述半模基片集成波导覆铜层(31)通过其上边缘位置设置的一排贯穿中间介质层的金属化通孔(41)、与下层金属地共同构成半模基片集成波导，半模基片集成波导覆铜层(31)左右两边通过梯形微带转换结构(51、52)分别连接输入微带线(161)、输出微带线(162)，半模基片集成波导覆铜层下边中心位置引出第一金属焊盘(81)；所述半模基片集成波导覆铜层(31)上还左右对称开设有两个互补圆形螺旋谐振环(CSR)(61、62)；
所述直流偏置电路包括接地金属片(15)，直流电源(17)，以及依次连接的第二金属焊盘(86)、接地电容(14)、第三金属焊盘(85)、限流电阻(13)、第四金属焊盘(83)、扼流电感(12)、第五金属焊盘(82)；直流电源(17)跨接于第三金属焊盘(85)与接地金属片(15)之间，接地金属片(15)连接第二金属焊盘(86)；第一金属焊盘(81)与第五金属焊盘(82)之间跨接有隔直电容(9)；
所述“山”字形微带线(7)的中间微带线与第四直流偏置电路金属焊盘(82)之间跨接PIN二极管(11)，PIN二极管的阳极连接第四直流偏置电路金属焊盘(82)上。
2.按权利要求1所述基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，其特征在于，所述互补圆形螺旋谐振环是在半模基片集成波导覆铜层上刻蚀图案所构成的，其图案是由两个宽度和间距相等的圆环并在下边中心位置开口处内环与外环连接。
3.按权利要求1所述基于半模基片集成波导及CSR结构的双模可重构滤波器，其特征在于，所述接地金属片(15)通过金属化通孔(42)与下层金属地连接。
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| CN107591595B (zh) | 2019-10-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230417 Address after: 341400 Building 16, Phase I, Lingang Electronic Information Industrial Park, Longling Town, Nankang District, Ganzhou City, Jiangxi Province Patentee after: Jiangxi chenchuang Electronic Material Co.,Ltd. Address before: 611731, No. 2006, West Avenue, Chengdu hi tech Zone (West District, Sichuan) Patentee before: University of Electronic Science and Technology of China |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230629 Address after: 341000 Industrial Park, Ganzhou economic and Technological Development Zone, Jiangxi Province Patentee after: Ganzhou Yanchuang Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: 341400 Building 16, Phase I, Lingang Electronic Information Industrial Park, Longling Town, Nankang District, Ganzhou City, Jiangxi Province Patentee before: Jiangxi chenchuang Electronic Material Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Dual mode reconfigurable filter based on half mode substrate integrated waveguide and CSR structure Granted publication date: 20191001 Pledgee: Ganzhou rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: Ganzhou Yanchuang Electronic Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980002104 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |