CN109301412B - 一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器，涉及滤波器领域，该采用了混合基片集成波导结构，将两个双模谐振器嵌入到基片集成波导谐振腔中，使得这种混合结构同时存在两种谐振模式，利用这两种模式分别形成三个通带，从而构成三带通滤波器，两个双模谐振器共用一对输入输出馈线，不占据额外的电路面积，可以有效的节省电路面积，有利于滤波器小型化的实现。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器领域，尤其是一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器。
背景技术
随着无线通信技术和微电子技术的迅猛发展，电子产品的小型化、高性能、低成本、高集成度已成为必然趋势。随着通信行业的迅猛发展，能够支持多频段信号传输的通信系统成为研究的热点，而多频滤波器作为通信系统前端的关键器件，也同时受到很大的关注。传统多通带滤波器的设计一般有如下几种实现方式：(1)多谐振特性的谐振器，例如阶跃阻抗谐振器、多模谐振器等；(2)并联两个单通带滤波器；(3)单通带滤波器和一个带阻滤波器串联。然而现在多通带滤波器设计存在的问题是：电路面积比较大、尺寸比较大。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器，本申请采用了混合基片集成波导结构，将微带谐振器嵌入到基片集成波导谐振腔中，可以有效的节省电路面积，有利于滤波器小型化的实现。
本发明的技术方案如下：
一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器，该三通带滤波器包括基片集成波导谐振腔，基片集成波导谐振腔包括顶层介质基板、底层介质基板、设置在顶层介质基板和底层介质基板之间的粘合层基板、设置在顶层介质基板的上表面的顶层金属板、设置在底层介质基板的下表面的底层金属板以及贯穿顶层金属板和底层金属板的周期性排列的金属化通孔；顶层介质基板包括一对输入输出端口、分别与一对输入输出端口中的两个端口相连的两个阻抗变换器，以及位于两个阻抗变换器之间的中间涂层，金属化通孔位于中间涂层所在段；
在基片集成波导谐振腔的内部、顶层介质基板与粘合层基板之间设置有两个微带谐振器和一对输入输出馈线，两个微带谐振器均为双模谐振器，两个微带谐振器共用一对输入输出馈线；中间涂层所在段开设有两个金属盲孔，两个金属盲孔分别将顶层金属板与一对输入输出馈线中的两个馈线导通；
基片集成波导谐振腔、一对输入输出端口和两个阻抗变换器构成三通带滤波器中的第一通带滤波器；一个微带谐振器、一对输入输出馈线和两个金属盲孔构成三通带滤波器中的第二通带滤波器；另一个微带谐振器、一对输入输出馈线和两个金属盲孔构成三通带滤波器中的第三通带滤波器。
其进一步的技术方案为，一对输入输出馈线包括输入馈线和输出馈线，输入馈线靠近一对输入输出端口中的输入端口、输出馈线靠近一对输入输出端口中的输出端口，输入馈线和输出馈线均沿着输入端口和输出端口之间的连线方向设置且位于同一直线上；两个金属盲孔分别开设在输入馈线靠近输入端口的一端处以及输出馈线靠近输出端口的一端处，将输入馈线和输出馈线分别与顶层金属板导通；两个微带谐振器分别设置在输入馈线和输出馈线所在直线的两侧，且输入馈线和输出馈线相靠近的两端分别伸入两个微带谐振器之间。
其进一步的技术方案为，一对输入输出端口中的两个端口均采用50Ω微带线，一对输入输出端口中的两个端口分别通过阻抗变换器连接到集成波导谐振腔，阻抗变换器的外形呈梯形。
其进一步的技术方案为，顶层介质基板和底层介质基板均采用Taconic-TLY-5，顶层介质基板和底层介质基板的相对介电常数分别为2.2、损耗角正切角分别为0.001、厚度分别为0.254mm；粘合层基板采用FR-28，粘合层基板的介电常数为2.7、损耗角正切为0.002、厚度为0.1mm。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器，采用了混合基片集成波导结构，将两种不同的双模谐振器嵌入到基片集成波导谐振腔中，使得这种混合结构同时存在两种谐振模式，利用这两种谐振模式分别形成三个通带，不占据额外的电路面积，可以有效的节省电路面积，两个双模谐振器都采用电容耦合的馈电方式、共用一对输入输出馈线，又可以减小电路面积，从而有利于滤波器小型化的实现。该混合结构同时存在的两种谐振模式相互独立，所以三个通带可以单独设计，增加滤波器设计的自由度。
附图说明
图1是本申请公开的三通带滤波器的电路结构模型。
图2是本申请公开的三通带滤波器的电路结构模型的俯视图。
图3是本申请公开的三通带滤波器的传输系数和反射系数的仿真结果
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器，请参考图1示出的电路结构模型，该三通带滤波器包括基片集成波导谐振腔，基片集成波导谐振腔包括顶层介质基板1、底层介质基板2、设置在顶层介质基板1和底层介质基板2之间的粘合层基板3、设置在顶层介质基板1的上表面的顶层金属板、设置在底层介质基板2的下表面的底层金属板以及贯穿顶层金属板和底层金属板的周期性排列的金属化通孔4(由于顶层金属板和底层金属板通常比较薄，因此图1未示出这两层结构)。其中，顶层介质基板1和底层介质基板2均采用Taconic-TLY-5，顶层介质基板1和底层介质基板2的相对介电常数分别为2.2、损耗角正切角分别为0.001、厚度分别为0.254mm；粘合层基板3采用FR-28，粘合层基板3的介电常数为2.7、损耗角正切为0.002、厚度为0.1mm。如图1所示，本申请中的金属化通孔4包括沿着介质基板的两侧边缘的两排外围金属化通孔以及设置在两排外围金属化通孔之间的共线的两列内部金属化通孔，共线的两列内部金属化通孔之间形成感性窗。各个金属化通孔4的形状和尺寸均相同，且相邻两个金属化通孔4之间的距离也相同。金属化通孔4采用导电性较好的金属材料，比如金、银、铜等以减少滤波器的插入损耗。
请参考图2示出的三通带滤波器的俯视图，顶层介质基板1包括一对输入输出端口5，一对输入输出端口5中包括两个端口分别为输入端口和输出端口，本领域技术人员可以理解的是，输入和输出是相对的，本申请如此命名仅是为了对两个端口进行区分，没有特指。顶层介质基板1还包括分别与一对输入输出端口5中的两个端口相连的两个阻抗变换器6以及位于两个阻抗变换器6之间的中间涂层，金属化通孔4位于中间涂层所在段。一对输入输出端口5中的两个端口均采用50Ω微带线，两个端口分别通过阻抗变换器连接到集成波导谐振腔，阻抗变换器6的外形呈梯形。
在基片集成波导谐振腔的内部、顶层介质基板1与粘合层基板3之间设置有两个微带谐振器7和一对输入输出馈线8，两个微带谐振器7均为双模谐振器，两个微带谐振器7共用一对输入输出馈线8。中间涂层所在段还开设有两个金属盲孔9，两个金属盲孔9分别将顶层金属板与一对输入输出馈线8中的两个馈线导通。
图1和图2示出了两个微带谐振器7共用一对输入输出馈线8的具体结构，一对输入输出馈线8包括输入馈线和输出馈线，输入馈线靠近一对输入输出端口中的输入端口、输出馈线靠近一对输入输出端口中的输出端口，同样的，这里的输入和输出也是相对的，本申请如此命名是为了将馈线与端口进行对应，也即设置在同一侧的馈线和端口的工作方式相同，因此图中没有对输入馈线和输出馈线进行区分。输入馈线和输出馈线均沿着输入端口和输出端口之间的连线方向设置且位于同一直线上。两个金属盲孔9分别开设在输入馈线靠近输入端口的一端处、输出馈线靠近输出端口的一端处，从而将输入馈线和输出馈线分别与顶层金属板导通，两个金属盲孔0的形状和尺寸均相同且两个金属盲孔9的位置关于滤波器中心对称。两个微带谐振器7分别设置在输入馈线和输出馈线所在直线的两侧，且输入馈线和输出馈线相靠近的两端分别伸入两个微带谐振器7之间，使得一对输入输出馈线8可以实现对两个微带谐振器7的馈电。两个微带谐振器7采用两个不同的双模谐振器，在本申请中，两个微带谐振器的外形分别为T形结构和工型结构。
本申请的主要的原理是将金属微带线嵌入到SIW(Substrate integratedwaveguide，基片集成波导)腔体中，从而使得混合基片集成波导结构同时存在两种谐振模式：TE101模和TEM模，对于双模谐振器来说，谐振器的前两个谐振频率分别为奇模和偶模，这两种模式都是TEM模，奇模的电场能量主要分布在谐振器两个开路端以及枝节加载阶梯阻抗开路端；偶模的电场能量主要分布在谐振器的两个开路端。对于基片集成波导谐振腔来说，谐振模式为TE101模式，其电场能量主要分布在谐振腔的中心位置。通过利用这两种模式可以形成三个通带，从而构成三通带滤波器，具体的，三通带滤波器中的第一通带滤波器(上通带滤波器)采用的是三阶感性窗耦合SIW滤波器，第一通带滤波器由基片集成波导谐振腔、一对输入输出端口5和两个阻抗变换器6构成，一对输入输出端口5通过阻抗变换器6与SIW结构进行连接从而实现阻抗匹配，其中心频率为38GHz，相对带宽4％，带内波纹为0.1dB,通过查表得知低通原型值为：g0＝1,g1＝0.843,g2＝0.622,g3＝1.3554，耦合系数通过计算为k12＝k23＝0.275、外部品质因数通过计算为Qe＝34。
两个微带谐振器7中的一个微带谐振器、一对输入输出馈线8和两个金属盲孔9构成三通带滤波器中的第二通带滤波器(中通带滤波器)，两个微带谐振器7中的另一个微带谐振器、一对输入输出馈线8和两个金属盲孔9构成三通带滤波器中的第三通带滤波器(下通带滤波器)。中通带滤波器和下通带滤波器采用的是两个双模谐振器，工作原理类似，双模谐振器嵌入在基片集成波导谐振腔内部，采用的是电容耦合馈电的方式，输入输出馈线馈电通过金属盲孔9与顶层金属板连接，然后通过电容耦合的方式将电磁能量传输给双模谐振器，这样在基片集成波导谐振腔的内部就存在两种通路，从而可以形成两个通带，两个通带的带宽是由奇偶模之间的间距和外部Q值共同决定的。图3是本申请的三通带滤波器的传输系数和反射系数的仿真结果，实线部分为传输系数，虚线部分表示反射系数，可见，三个通带的中心频率分别为31GHz、34GHz和38GHz，三个通带都可以达到设计要求。同时通过电磁仿真模型进行仿真可以看出，双模谐振器和SIW谐振器之间相互独立，两种模式之间影响比较小，所以这三个通带可以单独设计，而且也从另一方面证实了本申请实施的可能性。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器，其特征在于，所述三通带滤波器包括基片集成波导谐振腔，所述基片集成波导谐振腔包括顶层介质基板、底层介质基板、设置在所述顶层介质基板和所述底层介质基板之间的粘合层基板、设置在所述顶层介质基板的上表面的顶层金属板、设置在所述底层介质基板的下表面的底层金属板以及贯穿所述顶层金属板和所述底层金属板的周期性排列的金属化通孔；所述顶层介质基板包括一对输入输出端口、分别与所述一对输入输出端口中的两个端口相连的两个阻抗变换器，以及位于两个阻抗变换器之间的中间涂层，所述金属化通孔位于所述中间涂层所在段，包括沿着介质基板的两侧边缘的两排外围金属化通孔以及设置在两排外围金属化通孔之间的共线的两列内部金属化通孔，共线的两列金属化通孔之间形成感性窗；
在所述基片集成波导谐振腔的内部、所述顶层介质基板与所述粘合层基板之间设置有两个微带谐振器和一对输入输出馈线，所述两个微带谐振器均为双模谐振器，所述两个微带谐振器共用所述一对输入输出馈线；所述中间涂层所在段开设有两个金属盲孔，所述两个金属盲孔分别将所述顶层金属板与所述一对输入输出馈线中的两个馈线导通；
所述基片集成波导谐振腔、所述一对输入输出端口和两个所述阻抗变换器构成所述三通带滤波器中的第一通带滤波器；一个微带谐振器、所述一对输入输出馈线和两个所述金属盲孔构成所述三通带滤波器中的第二通带滤波器；另一个微带谐振器、所述一对输入输出馈线和两个所述金属盲孔构成所述三通带滤波器中的第三通带滤波器；
所述一对输入输出馈线包括输入馈线和输出馈线，所述输入馈线靠近所述一对输入输出端口中的输入端口、所述输出馈线靠近所述一对输入输出端口中的输出端口，所述输入馈线和所述输出馈线均沿着所述输入端口和输出端口之间的连线方向设置且位于同一直线上；所述两个金属盲孔分别开设在所述输入馈线靠近所述输入端口的一端处以及所述输出馈线靠近所述输出端口的一端处，将所述输入馈线和所述输出馈线分别与所述顶层金属板导通；所述两个微带谐振器分别设置在所述输入馈线和输出馈线所在直线的两侧，且所述输入馈线和所述输出馈线相靠近的两端分别伸入所述两个微带谐振器之间；
所述一对输入输出端口中的两个端口均采用50Ω微带线，所述一对输入输出端口中的两个端口分别通过所述阻抗变换器连接到所述集成波导谐振腔，所述阻抗变换器的外形呈梯形。
2.根据权利要求1所述的三通带滤波器，其特征在于，所述顶层介质基板和所述底层介质基板均采用Taconic-TLY-5，所述顶层介质基板和所述底层介质基板的相对介电常数分别为2.2、损耗角正切角分别为0.001、厚度分别为0.254mm；所述粘合层基板采用FR-28，所述粘合层基板的介电常数为2.7、损耗角正切为0.002、厚度为0.1mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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