CN108134167B - 基片集成波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基片集成波导滤波器，其包括：输入节点、输出节点、串联耦合装置、附加耦合装置、至少两层金属层、设置在所述至少两层金属层之间中间介质层、金属化过孔阵列，金属化过孔阵列连通相邻的至少两层金属层，金属化过孔阵列以及至少两层金属层作为腔壁，形成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔；第一谐振腔与输入节点连接，第二谐振腔与输出节点连接；第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔之间通过串联耦合装置串联，形成第一谐振支路；第一谐振腔与第二谐振腔共用部分腔壁，附加耦合装置的两端通过共用的部分腔壁分别连接第一谐振腔以及第二谐振腔，以形成第二谐振支路。

Description

基片集成波导滤波器

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基片集成波导滤波器。

背景技术

基片集成波导滤波器可以对特定频率的频点或者该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的信号，或消除一个特定频率后的信号。基片集成波导滤波器主要起到频率控制的作用，即抑制频带外的噪声，消除无用信号。

随着移动通信、卫星通信及雷达技术的迅速发展，基片集成波导滤波器作为通信系统中用于抑制干扰信号不可或缺的重要无源器件，移动通信、卫星通信及雷达技术等通讯系统对基片集成波导滤波器的尺寸及性能要求越来越高。尤其是微型化、高性能成为了通信领域的主要发展方向，而现有的基片集成波导滤波器性能较低，不能满足通信领域对高性能需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种基片集成波导滤波器，以解决现有技术中的基片集成波导滤波器性能较低导致其不能满足通信领域对高性能需求的问题。

本发明实施例提供一种基片集成波导滤波器，其包括：输入节点、输出节点、串联耦合装置、附加耦合装置、至少两层金属层、设置在所述至少两层金属层之间中间介质层、金属化过孔阵列；金属化过孔阵列连通相邻的所述至少两层金属层，所述金属化过孔阵列以及所述至少两层金属层作为腔壁，形成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔；所述第一谐振腔与所述输入节点连接，所述第二谐振腔与所述输出节点连接；所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔之间通过所述串联耦合装置串联，形成第一谐振支路；所述第一谐振腔与所述第二谐振腔共用部分腔壁，所述附加耦合装置的两端通过共用的部分腔壁分别连接所述第一谐振腔以及所述第二谐振腔，以形成第二谐振支路。

可选地，本发明任一实施例中，所述基片集成波导滤波器为单层结构基片集成波导滤波器，所述至少两层金属层包括第一金属层以及第二金属层，所述金属化过孔阵列连通所述第一金属层、所述第二金属层，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔共用的部分腔壁包括所述金属化过孔阵列。

可选地，本发明任一实施例中，所述基片集成波导滤波器为多层结构基片集成波导滤波器，所述至少两层金属层的层数大于两层，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔共用的部分腔壁包括所述金属化过孔阵列或第一谐振腔以及第二谐振腔之间的金属层。

可选地，本发明任一实施例中，所述串联耦合装置或附加耦合装置包括感性耦合窗口，所述感性耦合窗口通过所述金属化过孔阵列或所述金属层具有的空缺形成。

可选地，本发明任一实施例中，所述串联耦合装置或附加耦合装置包括槽线，所述槽线设置在所述金属层上。

可选地，本发明任一实施例中，所述槽线包括S型槽线。

可选地，本发明任一实施例中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔之间通过所述串联耦合装置串联有两个所述第三谐振腔。

可选地，本发明任一实施例中，所述串联耦合装置与所述附加耦合装置中的其一为感性耦合装置，另一为容性耦合装置。

可选地，本发明任一实施例中，所述串联耦合装置与所述附加耦合装置均为感性耦合装置或均为容性耦合装置。

可选地，本发明任一实施例中，所述输入节点包括输入馈电网络，所述输出节点包括输出馈电网络。

本发明实施例提供的基片集成波导滤波器，通过设置有共用部分腔壁的第一谐振腔以及第二谐振腔，可以减小腔壁的体积，进而减小基片集成波导滤波器的尺寸，同时，附加耦合装置可以通过共用的腔壁连接第一谐振腔以及第二谐振腔，从而可以在不增加基片集成波导滤波器的尺寸下，形成第二谐振支路，进而可以通过第二谐振支路改善基片集成波导滤波器的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一以及实施例二提供的一种基片集成波导滤波器的结构示意图；

图2为本发明实施例三提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图；

图3为本发明实施例四提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图；

图4为本发明实施例五提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图；

图5为本发明实施例六提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图；

图6为本发明实施例七提供的一种基片集成波导滤波器的结构示意图。

具体实施方式

当然，实施本发明实施例的任一技术方案并不一定需要同时达到以上的所有优点。

为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。

下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。

实施例一

图1为本发明实施例一以及实施例二提供的一种基片集成波导滤波器的结构示意图，如图1所示，基片集成波导滤波器包括：输入节点11至少两层金属层、设置在所述至少两层金属层之间中间介质层、金属化过孔阵列。

金属化过孔阵列连通相邻的所述至少两层金属层，所述金属化过孔阵列以及所述至少两层金属层作为腔壁，形成第一谐振腔12，形成两个第三谐振腔，分别为谐振腔13、谐振腔14，以及生成第二谐振腔15，输出节点16、串联耦合装置17、串联耦合装置18、串联耦合装置19、附加耦合装置110。第一谐振腔12与输入节点11连接，第二谐振腔15与输出节点16连接。

本实施例中，基片集成波导((Substrate integrated waveguide,，SIW)是一种新兴的传输线，它通过金属化过孔在介质基片上(即本申请中的中间介质层上)实现波导的场传播模式。基片集成波导既具有波导较高的品质因数、较高的功率容量，又具有微带线体积小、易于集成化的优点，因而S IW能在微波、毫米波设备中得到广泛应用。

谐振腔12、谐振腔13、谐振腔14、谐振腔15之间通过串联耦合装置17、串联耦合装置18、串联耦合装置19串联，形成第一谐振支路。第一谐振支路的波传播方向路径为：输入节点11-谐振支路12-串联耦合装置17-谐振腔13-串联耦合装置18-谐振腔14-串联耦合装置19-谐振腔15-输出节点16。

谐振腔12与谐振腔15共用部分腔壁，附加耦合装置110的两端通过共用的部分腔壁分别连接谐振腔12以及谐振腔15，以形成第二谐振支路，第二谐振支路的波传播方向路径为：输入节点11-谐振腔12-附加耦合装置110-谐振腔15-输出节点16。

本实施例中，与单独设置第一谐振腔以及第二谐振腔相比，通过设置有共用部分腔壁的第一谐振腔以及第二谐振腔，可以减小腔壁的体积，进而减小基片集成波导滤波器的尺寸，同时，附加耦合装置可以通过共用的腔壁连接第一谐振腔以及第二谐振腔，从而可以在不增加基片集成波导滤波器的尺寸下，形成第二谐振支路，进而可以通过第二谐振支路改善基片集成波导滤波器的性能。

实施例二

如图1所示，本发明实施例二还提供一种基片集成波导滤波器对应的具体结构，本实施例中，参照实施例一中的基片集成波导滤波器，对基片集成波导滤波器的谐振腔的设置方式、串联耦合装置以及并联耦合装置等的结构进行具体说明。

本实施例中，上述实施例中的输入节点可以为输入馈电网络，输出节点可以为输出馈电网络，输入馈电网络、输出馈电网络可以为槽线，槽线可以为异型，也可以为集成波导到微带线渐变线的方式。

本实施例中，基片集成波导滤波器还包括至少两层金属层、至少两层金属层之间设置有中间介质层，金属化过孔阵列连通至少两层金属层，金属化过孔阵列以及至少两层金属层作为腔壁，形成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔。本实施例中，图1中谐振腔截面的形状的长方形或正方形的结构仅为示例性说明，谐振腔截面的形状还可以为圆形或不规则形状，谐振腔内部或周围还可以设置有其他结构，本实施例在此不进行限定。

具体地，当基片集成波导滤波器为单层结构基片集成波导滤波器时，至少两层金属层包括第一金属层以及第二金属层，金属化过孔阵列连通第一金属层、第二金属层，第一谐振腔与第二谐振腔共用的部分腔壁包括金属化过孔阵列，例如图1所示的谐振腔12与谐振腔14之间的金属化过孔阵列。

当基片集成波导滤波器为多层结构基片集成波导滤波器时，至少两层金属层的层数大于两层，每两个相邻的金属层之间设置有中间介质层，金属化过孔阵列连通两层相邻的金属层，以形成多层，第一谐振腔与第二谐振腔共用的部分腔壁包括金属化过孔阵列或第一谐振腔以及第二谐振腔之间的金属层。

例如，第一谐振腔可以设置在同一层，则第一谐振腔与第二谐振腔之间共用的腔壁即金属化过孔阵列；或者，第一谐振腔以及第二谐振腔可以设置在相邻两层，第一谐振腔以及第二谐振腔之间共用的腔壁即第一谐振腔以及第二谐振腔之间的金属层。

本实施例中，串联耦合装置或附加耦合装置包括感性耦合窗口，感性耦合窗口通过金属化过孔阵列或金属层具有的空缺形成。

具体地，金属化过孔阵列可以包括金属化过孔组成的金属化过孔阵列，在形成金属化过孔阵列时，可以在阵列上设置缺口，形成感性耦合窗口；金属层可以直接通过蚀刻等加工方式形成缺口，进而形成感性耦合窗口。

本实施例中，串联耦合装置或附加耦合装置包括槽线，槽线可以设置在金属层上，如图1所示，槽线包括S型槽线；此外，槽线也可以设置在金属化过孔阵列上。

另外，在通过设置附加耦合装置形成第二谐振支路后，可以通过改变串联耦合装置的耦合方式、改变附加耦合装置的耦合方式、改变第一谐振支路上第三谐振腔的数量中的任一项或多项，即可控制第一谐振支路与第二谐振支路的相位偏移量之差，从而通过两条谐振支路改善基片集成波导滤波器的性能，例如改善基片集成波导滤波器的矩形系数或改善基片集成波导滤波器的群时延。

具体地，基片集成波导滤波器的矩形系数用于描述基片集成波导滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度，它的值是60dB带宽与3dB带宽的比值，它是表征基片集成波导滤波器选择性好坏的一个参量。当第一谐振支路与第二谐振支路的相位差为180°时，可以在基片集成波导滤波器的传输通带两侧可以形成一对传输零点，从而改善基片集成波导滤波器的矩形系数。

具体地，基片集成波导滤波器的群时延即通过基片集成波导滤波器的波形在某频率处的相位(相移)对于频率的变化率。波形经过基片集成波导滤波器的谐振支路时，波形的各个频谱分量的相速不同，基片集成波导滤波器对各频谱分量的响应也不一样,这都会引起到达输出节点的信号因各频率分量的相移或时延不同而产生相位关系的紊乱,即相位失真。相位失真是以一群频率分量之间的时延差值来衡量的,故称之为群时延。当第一谐振支路与第二谐振支路的相位差为0°时，即可通过两条谐振支路共同确定传输至输出节点的波形的相位，从而改善基片集成波导滤波器的群时延。

以下通过具体的实施方式，对通过增加第二谐振支路改善基片集成波导滤波器的矩形系数或改善基片集成波导滤波器的群时延进行具体说明。

本发明对串联耦合装置、并联耦合装置的具体耦合方式进行举例说明，本发明的技术人员根据下面的举例说明，即可通过不同实施例间的区别确定如何改变串联耦合装置或者附加耦合装置的耦合方式，使得两条谐振支路的相位差为预设值，进而达到预设的效果。

实施例三

图2为本发明实施例三提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图；本实施例中，基片集成波导滤波器的谐振腔、串联耦合装置以及并联耦合装置等的设置位置以及连接方式与图1中的基片集成波导滤波器相同，且本实施例中，以串联耦合装置为感性耦合窗口、附加耦合装置为槽线(容性耦合装置)为例，对基片集成波导滤波器的电路原理进行具体说明。

如图2所示，其包括输入节点11对应的输入端IN、谐振腔12对应的谐振节点1，与谐振腔13对应的谐振节点2，与谐振腔14对应的谐振节点3，与谐振腔15对应的谐振节点4，与输出节点对应的OUT，串联耦合装置17、串联耦合装置18、串联耦合装置19等效后对应图中的电感L，附加耦合装置110等效后对应图中的电容C。

具体地，本实施例中，波形由谐振节点1向谐振节点4传输时有两个路径，两个路径分别为第一谐振支路(以下简称路径一)以及第二谐振支路(以下简称路径二)。

路径一：谐振节点1-电感L-谐振节点2-电感L-谐振节点3-电感L-谐振节点4；

路径二：谐振节点1-电容C-谐振节点4。

当波形的频点f小于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量为：

φ11＝-90°+90°-90°+90°-90°＝-90°；路径二对应的相位偏移量φ12＝90°。

当波形的频点f小于谐振频点f0时，路径一与路径二对应的相位偏移量相差180°，使得波形经过两个路径后到达谐振节点时，信号反向相互抵消，从而引起传输零点的产生。

当波形的频点f大于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量为：

φ11＝-90°-90°-90°-90°-90°＝-450°(即为-90°)；路径二对应的相位偏移量φ12＝90°。

当波形的频点f大于谐振频点f0时，路径一与路径二对应的相位偏移量相差也为180°，同样会使得信号反向相互抵消，从而引起传输零点的产生。

则，通过本实施例的电路图设置串联耦合装置以及附加耦合装置后，可以在基片集成波导滤波器的传输通带两侧可以形成一对传输零点，从而提高基片集成波导滤波器的矩形系数。

实施例四

图3为本发明实施例四提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图，与上述实施例不同的是，本实施例提供的基片集成波导滤波器，串联耦合装置为容性耦合装置，等效后对应图中的电容C，附加耦合装置为感性耦合装置，等效后对应图中的电感L。

波形的传输路径与上述实施例类似，但相位偏移量与上述不同。

本实施例中，当波形的频点f小于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量φ21＝450°，路径二对应的相位偏移量φ22＝-90°，相位差为180°；当波形的频点f大于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量φ21＝90°，路径二对应的相位偏移量φ22＝-90°，相位差为180°。

则，根据本实施例提供的电路设置串联耦合装置以及附加耦合装置后，可以在基片集成波导滤波器的传输通带两侧确定波形的相位，从而提高基片集成波导滤波器的矩形系数。

施例五

图4为本发明实施例五提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图，与上述实施例不同的是，本实施例提供的基片集成波导滤波器，串联耦合装置以及附加耦合装置均为容性耦合装置，等效后均对应图中的电容C。

波形的传输路径与上述实施例类似，但相位偏移量与上述不同。

本实施例中，当波形的频点f小于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量为φ31＝90°+90°+90°+90°+90°＝450°(即90°)，路径二对应的相位偏移量为φ32＝90°，相位差为0°，使得波形经过两个路径后到达谐振节点时，信号同向，使得通过两条谐振支路共同确定传输至输出节点的波形的相位相同，进而改善基片集成波导滤波器的群时延。

当波形的频点f大于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量为φ31＝90°，路径二对应的相位偏移量φ32＝90°，相位差为0°使得波形经过两个路径后到达谐振节点时，信号同向，使得通过两条谐振支路共同确定传输至输出节点的波形的相位相同，进而改善基片集成波导滤波器的群时延。

则，根据本实施例提供的电路设置串联耦合装置以及附加耦合装置后，同样可以在基片集成波导滤波器的传输通带两侧确定波形的相位，从而可以改善基片集成波导滤波器的群时延。

实施例六

图5为本发明实施例六提供的一种基片集成波导滤波器的电路结构示意图，与上述实施例三不同的是，本实施例提供的基片集成波导滤波器，串联耦合装置以及附加耦合装置均为感性耦合装置，等效后均对应图中的电感L。

波形的传输路径与上述实施例类似，但相位偏移量与上述不同。

本实施例中，当波形的频点f小于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量φ41＝-90°，路径二对应的相位偏移量为φ42＝-90°，相位差为0°；当波形的频点f大于谐振频点f0时，路径一对应的相位偏移量φ41＝-450°，路径二对应的相位偏移量为φ42＝-90°，相位差为0°。

则，根据本实施例提供的电路设置串联耦合装置以及附加耦合装置后，可以在基片集成波导滤波器的传输通带两侧确定相位，从而可以改善基片集成波导滤波器的群时延。

实施例七

图6为本发明实施例七提供的一种基片集成波导滤波器的结构示意图，本实施例中，第一谐振腔以及第二谐振腔还可以连接其他谐振腔。

如图6所示，在图1实施例提供的基片集成波导滤波器的基础上，本实施例中的基片集成波导滤波器还包括：谐振腔111、谐振腔112、串联耦合装置113、串联耦合装置114。

与图1不同的是，本实施例中，第一谐振腔12连接的输入节点为串联耦合装置113，且第一谐振腔12通过串联串联耦合装置113连接谐振腔111，谐振腔111与基片集成波导滤波器的输入端口11连接；第二谐振腔15连接的输出节点为串联耦合装置114，且第二谐振腔15通过串联串联耦合装置114连接谐振腔112，谐振腔112与基片集成波导滤波器的输出端口连接16连接。

另外需要说明的是，如图6所示，谐振腔111以及谐振腔112之间也共用部分墙壁，则，谐振腔111也可以为第一谐振腔，对应的，谐振腔112也可以为第二谐振腔，以及，附加耦合装置的两端通过共用的部分腔壁分别连接谐振腔111以及谐振腔112，形成第二谐振支路。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基片集成波导滤波器，其特征在于，包括：输入节点、输出节点、串联耦合装置、附加耦合装置、至少两层金属层、设置在所述至少两层金属层之间中间介质层、金属化过孔阵列；

金属化过孔阵列连通相邻的所述至少两层金属层，所述金属化过孔阵列以及所述至少两层金属层作为腔壁，形成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔；所述第一谐振腔与所述输入节点连接，所述第二谐振腔与所述输出节点连接；

所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔之间通过所述串联耦合装置串联，形成第一谐振支路；

所述第一谐振腔与所述第二谐振腔共用部分腔壁，所述附加耦合装置的两端通过共用的部分腔壁分别连接所述第一谐振腔以及所述第二谐振腔，以形成第二谐振支路；

所述第三谐振腔的数量为多个，多个所述第三谐振腔之间通过所述串联耦合装置串联；

通过改变所述串联耦合装置、所述附加耦合装置的耦合方式和/或所述第三谐振腔的数量中的至少一项，控制所述第一谐振支路和所述第二谐振支路的相位偏移量之差，以改善所述基片集成波导滤波器的矩形系数和/或群时延。

2.根据权利要求1所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述基片集成波导滤波器为单层结构基片集成波导滤波器，所述至少两层金属层包括第一金属层以及第二金属层，所述金属化过孔阵列连通所述第一金属层、所述第二金属层，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔共用的部分腔壁包括所述金属化过孔阵列。

3.根据权利要求1所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述基片集成波导滤波器为多层结构基片集成波导滤波器，所述至少两层金属层的层数大于两层，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔共用的部分腔壁包括所述金属化过孔阵列或第一谐振腔以及第二谐振腔之间的金属层。

4.根据权利要求1所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述串联耦合装置或附加耦合装置包括感性耦合窗口，所述感性耦合窗口通过所述金属化过孔阵列或所述金属层具有的空缺形成。

5.根据权利要求1所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述串联耦合装置或附加耦合装置包括槽线，所述槽线设置在所述金属层上。

6.根据权利要求5所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述槽线包括S型槽线。

7.根据权利要求1所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔之间通过所述串联耦合装置串联有两个所述第三谐振腔。

8.根据权利要求7所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述串联耦合装置与所述附加耦合装置中的其一为感性耦合装置，另一为容性耦合装置。

9.根据权利要求7所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述串联耦合装置与所述附加耦合装置均为感性耦合装置或均为容性耦合装置。

10.根据权利要求1所述的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述输入节点包括输入馈电网络，所述输出节点包括输出馈电网络。

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