CN109994806A - 具有双传输零点和宽阻带的isgw宽频带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其包括上层介质板、下层介质板以及设置在上层介质板和下层介质板之间的间隔介质板；上层介质板上表面印刷有第一覆铜层，下表面印刷有圆形金属贴片，圆形金属贴片上设有第一金属过孔，形成人工磁导体结构，下层介质板上表面印刷有第二覆铜层，第二覆铜层上设有3对U型缝隙，第二覆铜层两端分别连接实现阻抗匹配的过渡渐变线和馈电微带线，下表面印刷有接地的第二覆铜层，第二覆铜层的两侧和中间分别设有周期性排列的第二金属过孔和第三金属过孔，实现滤波功能。本发明能够有效抑制空间辐射和平面波，并实现高集成度和小型化，具有尺寸小，易集成以及结构稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器。
背景技术
在第五代(5G)移动通信系统中需要使用高性能的微波和毫米滤波器以实现高传输效率。微波宽频带通滤波器是现代无线通信系统中至关重要的组成部分，随着微波集成电路的迅速发展和频谱资源的日益紧张，整个系统向着小型化、高性能方向发展，这对无线通信系统中滤波器的性能和尺寸提出了更高的要求。不幸的是，由金属波导设计的滤波器不再适用于高度集成的小型模块和系统，因为这类微带滤波器抗电磁干扰弱、辐射泄漏严重、传输损耗大，容易引起强烈的信号干扰，降低了5G传输效率。
传输TE模式的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)滤波器是更好的集成和小型化的一种选择。在SIW滤波器的设计中，在其上下金属面构成缺陷微带以形成阻带是其滤波器设计的一个手段。但是，这样将导致SIW滤波器形成一个非封闭的波导结构，不能有效地抑制空间辐射和平面波。SIW传输TE10波，当与微带线集成时，需要模式转换，产生模式转换损耗；采用SIW平面波导技术制作滤波器时需要封装，以抑制空间辐射和表面波。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，能够有效抑制空间辐射和平面波，并实现高集成度和小型化。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，包括上层介质板(1)、下层介质板(3)以及设置在所述上层介质板(1)和下层介质板(3)之间的间隔介质板(2)；所述上层介质板(1)的上表面印刷有第一敷铜层(11)，所述上层介质板(1)的下表面印刷有三行周期性排列的圆形金属贴片(12)，每一所述圆形金属贴片(12)上设有贯穿上层介质板(1)的第一金属过孔(13)，所述圆形金属贴片(12)的排列方向与三维参考坐标系中的Y轴平行；所述下层介质板(3)的上表面印刷有第二敷铜层(31)、连接第二敷铜层(31)两侧的过渡渐变线(32)以及与过渡渐变线(32)连接的馈电微带线(33)，所述第二敷铜层(31)的两侧边缘设有贯穿下层介质板(3)的周期性排列的第二金属过孔(34)，所述第二敷铜层(31)的中部设有贯穿下层介质板(3)的周期性排列的第三金属过孔(35)，所述第二金属过孔(34)和第三金属过孔(35)的排列方向与Y轴平行，所述第二敷铜层(31)上设有一对第一U型缝隙(36)、一对第二U型缝隙(37)和一对第三U型缝隙(38)，所述第一U型缝隙(36)、第二U型缝隙(37)和第三U型缝隙(38)沿与Y轴平行的方向间隔设置，并且所述一对第一U型缝隙(36)、一对第二U型缝隙(37)和一对第三U型缝隙(38)均关于所述第二敷铜层(31)X轴方向上的中心线对称；所述下层介质板(3)的下表面印刷有第三敷铜层(39)；其中，所述过渡渐变线(32)的宽度从与馈电微带线(33)连接的一侧到另一侧逐渐变大。
优选的，所述第三U型缝隙(38)、第二U型缝隙(37)、第一U型缝隙(36)与第二敷铜层(31)X轴方向上的中心线的间距依次增大。
优选的，所述中间的一行圆形金属贴片(12)位于所述上层介质板(1)Y轴方向上的中心线上。
优选的，所述第三金属过孔(35)位于所述第二敷铜层(31)Y轴方向上的中心线上。
优选的，所述上层介质板(1)的介电常数高于间隔介质板(2)和下层介质板(3)，所述间隔介质板(2)和下层介质板(3)的介电常数相同。
优选的，所述上层介质板(1)采用FR4板材，厚度1.6mm，所述间隔介质板(2)和下层介质板(3)采用Rogers4003C板材，厚度分别为0.203mm和0.304mm。
优选的，所述上层介质板(1)、下层介质板(3)和间隔介质板(2)粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
优选的，所述上层介质板(1)的长度和宽度与间隔介质板(2)的长度和宽度相同。
优选的，所述上层介质板(1)的厚度大于间隔介质板(2)的厚度。
优选的，所述下层介质板(3)的宽度与上层介质板(1)和间隔介质板(2)的宽度相同，所述下层介质板(3)的长度大于上层介质板(1)和间隔介质板(2)的长度，以裸露出所述过渡渐变线(32)和馈电微带线(33)。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：通过采用三块介质板构成ISGW宽频带通滤波器，上层介质板上表面印刷有第一覆铜层，下表面印刷有圆形金属贴片，圆形金属贴片上设有第一金属过孔，形成人工磁导体结构，下层介质板上表面印刷有第二覆铜层，第二覆铜层上设有3对U型缝隙，第二覆铜层两端分别连接实现阻抗匹配的过渡渐变线和馈电微带线，下表面印刷有接地的第二覆铜层，第二覆铜层的两侧和中间分别设有周期性排列的第二金属过孔和第三金属过孔，实现滤波功能，通过上述方式，从而能够有效抑制空间辐射和平面波，并实现高集成度和小型化，具有尺寸小，易集成以及结构稳定等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器的结构示意图。
图2是图1所示的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器的上层介质板的俯视示意图。
图3是图1所示的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器的上层介质板的仰视示意图。
图4是图1所示的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器的下层介质板的俯视示意图。
图5是图1所示的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器的下层介质板的仰视示意图。
图6是图1所示的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器在8-30GHz的仿真和测试结果示意图。
图7是图1所示的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器在通带内的群延时的仿真和测试结果示意图。
具体实施方式
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1至图5，本发明实施例的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器包括上层介质板1、下层介质板3以及设置在上层介质板1和下层介质板3之间的间隔介质板2。
上层介质板1的上表面印刷有第一敷铜层11，上层介质板1的下表面印刷有三行周期性排列的圆形金属贴片12，每一圆形金属贴片12上设有贯穿上层介质板1的第一金属过孔13，圆形金属贴片12的排列方向与三维参考坐标系中的Y轴平行。如图1所示，上层介质板1的上表面位于三维参考坐标系中的XOY平面。在本实施例中，中间的一行圆形金属贴片12位于上层介质板1的Y轴方向上的中心线上。每一圆形金属贴片12与其上的金属过孔13一起组成了蘑菇型EBG结构，这样，上层介质板1上就形成了周期性排列的蘑菇型EBG结构。
间隔介质板2用于分隔上层介质板1和下层介质板3，使上层介质板1和下层介质板3之间形成间隙。上层介质板1、下层介质板3和间隔介质板2可以粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
下层介质板3的上表面印刷有第二敷铜层31、连接第二敷铜层31两侧的过渡渐变线32以及与过渡渐变线32连接的馈电微带线33。过渡渐变线32的宽度从与馈电微带线33连接的一侧到另一侧逐渐变大。
第二敷铜层31的两侧边缘设有贯穿下层介质板3的周期性排列的第二金属过孔34，第二敷铜层31的中部设有贯穿下层介质板3的周期性排列的第三金属过孔35，第二金属过孔34和第三金属过孔35的排列方向与Y轴平行。
第二敷铜层31上设有一对第一U型缝隙36、一对第二U型缝隙37和一对第三U型缝隙38，第一U型缝隙36、第二U型缝隙37和第三U型缝隙38沿与Y轴平行的方向间隔设置，并且一对第一U型缝隙36、一对第二U型缝隙37和一对第三U型缝隙38均关于第二敷铜层31的X轴方向上的中心线对称。
在本实施例中，第三U型缝隙38、第二U型缝隙37、第一U型缝隙36与第二敷铜层31的X轴方向上的中心线的间距依次增大。也就是说，第二U型缝隙37、第三U型缝隙38位于一对第一U型缝隙36之间，第三U型缝隙38位于一对第二U型缝隙37之间。
下层介质板3的下表面印刷有第三敷铜层39。第二金属过孔34和第三金属过孔35均贯穿下层介质板3，并分别连接第二敷铜层31和第三敷铜层39。
在本实施例中，第三金属过孔35位于第二敷铜层31的Y轴方向上的中心线上。同样的，第三U型缝隙38、第二U型缝隙37、第一U型缝隙36的几何中心点也可以位于第二敷铜层31的Y轴方向上的中心线上。
本实施例的ISGW宽频带通滤波器中，下层介质板3及其上表面印刷的第二敷铜层31，第二敷铜层31上的一对第一U型缝隙36、一对第二U型缝隙37和一对第三U型缝隙38，第二金属过孔34、第三金属过孔35，过渡渐变线32和馈电微带线33构成了下层滤波电路；上层介质板1及其上的周期性排列的蘑菇型EBG结构构成了人工磁导体，形成滤波器的自我封装，从而有效抑制了空间辐射和平面波，同时解决了空间谐振的问题。
在本实施例中，上层介质板1的长度和宽度与间隔介质板2的长度和宽度相同。上层介质板1的厚度大于间隔介质板2的厚度，以使电磁场带隙能够覆盖滤波器的通带，提高滤波器的带外衰减陡峭度。下层介质板3的宽度与上层介质板1和间隔介质板2的宽度相同，下层介质板3的长度大于上层介质板1和间隔介质板2的长度，以裸露出过渡渐变线32和馈电微带线33，方便测试。
本实施例的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器在实际应用中具有以下特性：
改变上层介质板1的厚度能改变滤波器通带的工作带宽，具体而言，增加上层介质板1的厚度，可以降低通带的工作带宽，减小上层介质板1的厚度，可以增加通带的工作带宽；
第三金属过孔35可以使该滤波器电路中的各级接地电感保持一致，改变第三金属过孔35的直径可以改变各级接地电感，实现对滤波器中心频率的调节，而带宽不变；
改变第一U型缝隙36、第二U型缝隙37、第三U型缝隙38的长度和宽度可以调整滤波器的工作带宽和右侧的传输零点位置，具体而言，增加第一U型缝隙36、第二U型缝隙37、第三U型缝隙38的长度，可以使该滤波器的工作带宽变窄，并使该滤波器通带右侧的传输零点位置左移；减小第一U型缝隙36、第二U型缝隙37、第三U型缝隙38的开口宽度和两脚宽度，可以使该滤波器的工作带宽变窄，并使该滤波器通带右侧的传输零点位置左移；
改变第一U型缝隙36、第二U型缝隙37、第三U型缝隙38的长度和宽度可以调整滤波器的带外抑制性能，具体而言，增加第一U型缝隙36、第二U型缝隙37、第三U型缝隙38的长度，可以使该滤波器的带外抑制性能提高；减小第一U型缝隙36、第二U型缝隙37、第三U型缝隙38的开口宽度和两脚宽度，可以使该滤波器的带外抑制性能提高；
在实际应用中，间隔介质板2和下层介质板3的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但上层介质板1的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。
为了详细说明本实施例的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，下面给出一个具体实例。在该具体实例中，上层介质板1采用FR4板材，厚度1.6mm，间隔介质板2和下层介质板3采用Rogers4003C板材，厚度分别为0.203mm和0.304mm。通过仿真及测试得到测试结果，如图6和图7所示，测试结果表明，通带内回波损耗S11低于-17dB，插入损耗S21小于1.5dB；在中心频率18GHz处，3dB带宽为5.82G及相对带宽比为：32.2％，并具有两个传输零点(TZ)分别在14GHz和22.8GHz处；具有陡峭的过渡带和8GHz-14GHz、22.8GHz-30GHz的宽阻带，带外抑制大于-30dB；在15.02GHz到20.84GHz频带内群延时稳定保持在0.4ns到0.5ns。
综上所述，本实施例的ISGW宽频带通滤波器具有小尺寸，低剖面，易集成，易加工、结构稳定、传输性能好、陡峭的过渡带、具有双传输零点和宽阻带、工作频率调节方式简单、带宽和传输零点位置可实现可控等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，包括上层介质板(1)、下层介质板(3)以及设置在所述上层介质板(1)和下层介质板(3)之间的间隔介质板(2)；
所述上层介质板(1)的上表面印刷有第一敷铜层(11)，所述上层介质板(1)的下表面印刷有三行周期性排列的圆形金属贴片(12)，每一所述圆形金属贴片(12)上设有贯穿上层介质板(1)的第一金属过孔(13)，所述圆形金属贴片(12)的排列方向与三维参考坐标系中的Y轴平行；
所述下层介质板(3)的上表面印刷有第二敷铜层(31)、连接第二敷铜层(31)两侧的过渡渐变线(32)以及与过渡渐变线(32)连接的馈电微带线(33)，所述第二敷铜层(31)的两侧边缘设有贯穿下层介质板(3)的周期性排列的第二金属过孔(34)，所述第二敷铜层(31)的中部设有贯穿下层介质板(3)的周期性排列的第三金属过孔(35)，所述第二金属过孔(34)和第三金属过孔(35)的排列方向与Y轴平行，所述第二敷铜层(31)上设有一对第一U型缝隙(36)、一对第二U型缝隙(37)和一对第三U型缝隙(38)，所述第一U型缝隙(36)、第二U型缝隙(37)和第三U型缝隙(38)沿与Y轴平行的方向间隔设置，并且所述一对第一U型缝隙(36)、一对第二U型缝隙(37)和一对第三U型缝隙(38)均关于所述第二敷铜层(31)X轴方向上的中心线对称；所述下层介质板(3)的下表面印刷有第三敷铜层(39)；
其中，所述过渡渐变线(32)的宽度从与馈电微带线(33)连接的一侧到另一侧逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述第三U型缝隙(38)、第二U型缝隙(37)、第一U型缝隙(36)与第二敷铜层(31)X轴方向上的中心线的间距依次增大。
3.根据权利要求2所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述中间的一行圆形金属贴片(12)位于所述上层介质板(1)Y轴方向上的中心线上。
4.根据权利要求1所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述第三金属过孔(35)位于所述第二敷铜层(31)Y轴方向上的中心线上。
5.根据权利要求1所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述上层介质板(1)的介电常数高于间隔介质板(2)和下层介质板(3)，所述间隔介质板(2)和下层介质板(3)的介电常数相同。
6.根据权利要求5所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述上层介质板(1)采用FR4板材，厚度1.6mm，所述间隔介质板(2)和下层介质板(3)采用Rogers4003C板材，厚度分别为0.203mm和0.304mm。
7.根据权利要求6所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述上层介质板(1)、下层介质板(3)和间隔介质板(2)粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
8.根据权利要求7所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述上层介质板(1)的长度和宽度与间隔介质板(2)的长度和宽度相同。
9.根据权利要求8所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述上层介质板(1)的厚度大于间隔介质板(2)的厚度。
10.根据权利要求9所述的具有双传输零点和宽阻带的ISGW宽频带通滤波器，其特征在于，所述下层介质板(3)的宽度与上层介质板(1)和间隔介质板(2)的宽度相同，所述下层介质板(3)的长度大于上层介质板(1)和间隔介质板(2)的长度，以裸露出所述过渡渐变线(32)和馈电微带线(33)。
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