CN110459842A - 基片集成波导可调滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片集成波导可调滤波器。其包括：介质基片；设置于所述介质基片之上的第一金属层和设置于所述介质基片之下的第二金属层；分布于所述第一金属层的边缘，且贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的若干第一金属化通孔；贯穿所述第一金属层和所述介质基片的至少一未金属化沟槽；以及，对应嵌入所述未金属化沟槽的至少一调谐器件，所述调谐器件在所述未金属化沟槽内的位置可调。本发明利用调谐器件在未金属化沟槽内的移动，扰动电磁场分布，实现谐振频率可调；由于调谐器件在沟槽内的移动是连续的，所以，本发明可实现谐振频率的连续调节；本发明相比于电可调滤波器还具有实现简单，体积小，加工成本低等优点。

Description

基片集成波导可调滤波器

技术领域

本发明属于射频领域，尤其涉及一种基片集成波导可调滤波器。

背景技术

基片集成波导可调滤波器是无线通信系统的重要组成部分之一。基片集成波导是一种新的微波传输线形式，其利用金属通孔在介质基片上实现波导的场传播模式。目前，基片集成波导可调滤波器主要为电可调滤波器，诸如采用半导体变容二极管、MEMS(微机电系统)等调谐方法实现滤波器的频段可调特性，这种电可调的基片集成波导可调滤波器的设计和安装复杂，体积较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的电可调滤波器结构设计和安装复杂，体积较大的缺陷，提供一种基片集成波导可调滤波器。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种基片集成波导可调滤波器，包括：

介质基片；

设置于所述介质基片之上的第一金属层和设置于所述介质基片之下的第二金属层；

分布于所述第一金属层的边缘，且贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的若干第一金属化通孔；

贯穿所述第一金属层和所述介质基片的至少一未金属化沟槽；以及，

对应嵌入所述未金属化沟槽的至少一调谐器件，所述调谐器件在所述未金属化沟槽内的位置可调。

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的第二金属化通孔，所述未金属化沟槽分布于所述第二金属化通孔的周围且所述未金属化沟槽的一端指向所述第二金属化通孔。

较佳地，所述至少一未金属化沟槽沿所述第一金属层的中轴线对称设置。

较佳地，所述未金属化沟槽为矩形槽，和/或，所述调谐器件为铜柱。

较佳地，所述未金属化沟槽为矩形槽，所述调谐器件为铜柱，所述铜柱的直径与所述矩形槽的宽度相同。

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

设置于所述第一金属层的输入端馈线和输出端馈线，所述输入端馈线的延伸方向与所述输出端馈线的延伸方向垂直。

较佳地，每个所述未金属化沟槽的尺寸相同，每个所述调谐器件的尺寸相同，且每个所述调谐器件与所嵌入的未金属化沟槽的相对位置相同。

较佳地，所述未金属化沟槽还贯穿所述第二金属层。

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器为半模基片集成波导可调滤波器；

较佳地，所述半模基片集成波导可调滤波器包括三个所述未金属化沟槽和三个所述调谐器件，每个所述未金属化沟槽内分别嵌入一个所述调谐器件，所述第一金属层为直角三角形；

三个所述未金属化沟槽中，两个所述未金属化沟槽与所述第一金属层的斜边平行，另一个所述未金属化沟槽位于所述第一金属层的中轴线上；

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的两个第三金属化通孔，两个所述第三金属化通孔分别位于与所述斜边平行的两个所述未金属化沟槽和所述第一金属化通孔之间。

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器为全模基片集成波导可调滤波器；

较佳地，所述半模基片集成波导可调滤波器包括四个所述未金属化沟槽和四个所述调谐器件，每个所述未金属化沟槽内分别嵌入一个所述调谐器件，所述第一金属层为正方形；

四个所述未金属化沟槽中，两个所述未金属化沟槽位于所述第一金属层的一条对角线上，另两个所述未金属化沟槽位于所述第一金属层的另一条对角线上；

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的两个第三金属化通孔，两个所述第三金属化通孔分别位于同一条对角线上且在位于所述同一条对角线的两个所述未金属化沟槽和所述第一金属化通孔之间。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的基片集成波导可调滤波器利用调谐器件在未金属化沟槽内的移动，扰动电磁场分布，实现谐振频率可调；并且，由于调谐器件在未金属化沟槽内的移动是连续的，所以，本发明可实现谐振频率的连续调节；本发明相比于电可调滤波器还具有实现简单，体积小，加工成本低等优点。

附图说明

图1为本发明实施例2的一种基片集成波导可调滤波器的具体结构示意图；

图2为移动铜柱至远离中心的一个位置时TE101模和TE102模的微扰电场分布图；

图3是移动铜柱靠近中心位置时TE101模和TE102模的微扰电场分布图；

图4为软件仿真图；

图5为本发明实施例3的一种基片集成波导可调滤波器的具体结构示意图；

图6为本发明实施例4的一种基片集成波导可调滤波器的具体结构示意图；

图7为本发明实施例5的一种基片集成波导可调滤波器的具体结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供了一种基片集成波导可调滤波器。其包括：介质基片；设置于所述介质基片之上的第一金属层和设置于所述介质基片之下的第二金属层；分布于所述第一金属层的边缘，且贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的若干第一金属化通孔；贯穿所述第一金属层和所述介质基片的至少一未金属化沟槽；以及，对应嵌入所述未金属化沟槽的至少一调谐器件，所述调谐器件在所述沟槽内的位置可调。

本实施例的基片集成波导可调滤波器利用所述调谐器件在所述未金属化沟槽内的移动，扰动电磁场分布，实现谐振频率可调，待所述调谐器件移动到特定位置实现特定谐振频率后，可以采用螺丝或其他手段固定所述调谐器件；并且，由于所述调谐器件在未金属化沟槽内的移动是连续的，所以，本实施例可实现谐振频率的连续调节；本实施例利用机械可调滤波器相比于电可调滤波器还具有实现简单，体积小，加工成本低等优点。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步说明。图1示出了本实施例的一种基片集成波导可调滤波器的具体结构。所述基片集成波导可调滤波器为半模基片集成波导可调滤波器，其包括介质基片(图中未示出)、第一金属层101、第二金属层(图中未示出)、若干第一金属化通孔102、三个未金属化沟槽103和三个调谐器件104。

所述第一金属层101设置于所述介质基片之上。所述第二金属层设置于所述介质基片之下。本实施例中，所述第一金属层101为直角三角形(如直角边边长为a的等腰直角三角形)，所述介质基片和所述第二金属层可以为与所述第一金属层101尺寸相同的三角形、边长为a或稍大于a的正方形或尺寸稍大于所述第一金属层101的其他形状。

所述第一金属化通孔102分布于所述第一金属层101的边缘，且贯穿所述第一金属层101、所述介质基片和所述第二金属层。所有的第一金属化通孔102均为直径为d的圆孔，相邻的两个所述第一金属化通孔102之间的中心距p相等，所述第一金属化通孔102可以具体分布在直角三角形的两个直角边的边缘，具体数量可以根据实际需求而定。

所述未金属化沟槽103贯穿所述第一金属层101和所述介质基片，在一些实施例中，所述未金属化沟槽103还可以在贯穿所述第一金属层101和所述介质基片的情况下进一步贯穿所述第二金属层。所述未金属化沟槽103可以但不限于为长为L且宽为W的矩形槽。为了产生均匀分布的电磁场、提高频段调谐效率，该些未金属化沟槽103可以沿所述第一金属层101的中轴线对称设置。本实施例中所述第一金属层101的中轴线为直角三角形斜边的中线。本实施例的三个所述未金属化沟槽103中，两个所述未金属化沟槽103与所述第一金属层101的斜边平行，另一个所述未金属化沟槽103位于所述第一金属层101的中轴线上。中间的未金属化沟槽103与两边的未金属化沟槽103之间的夹角均为90°。

每个所述未金属化沟槽103内分别嵌入一个所述调谐器件104。所述调谐器件104可以为铜柱。本实施例中，为了方便所述铜柱的移动，所述铜柱的直径可以与所述矩形槽的宽度相同，均为W，所述铜柱可以沿着所述矩形槽的长度L方向移动。优选地，每个所述未金属化沟槽103的尺寸相同，每个所述调谐器件104的尺寸相同，且每个所述调谐器件104与所嵌入的未金属化沟槽103的相对位置相同。所述每个所述调谐器件104与所嵌入的未金属化沟槽103的相对位置相同，包括：所述调谐器件104在移动前在所嵌入的未金属化沟槽103中的初始位置相同(如，每个调谐器件104初始时均位于矩形槽相互远离的一端，即图中所示位置)，以及在移动过程时，每个未金属化沟槽103内的铜柱相对所嵌入的未金属化沟槽103移动的距离相等(如，每个调谐器件104从矩形槽相互远离的一端向相互靠近的一端移动且移动的距离相等)，以及在移动至最终位置时，铜柱距离所述第一金属层101的斜边中心位置的距离ds相等。本实施例中，所述基片集成波导可调滤波器还可以包括第二金属化通孔105。所述第二金属化通孔105贯穿所述第一金属层101、所述介质基片和所述第二金属层。所述未金属化沟槽103分布于所述第二金属化通孔105的周围，所述未金属化沟槽103的一端指向所述第二金属化通孔105。在本实施例中，所述第二金属化通孔105可以位于直角三角形斜边中心的位置，该些未金属化沟槽103围绕着所述第二金属化通孔105呈向外发散状，所述第二金属化通孔105距离周围的未金属化沟槽103的距离相等。所述第二金属化通孔105使得在调谐谐振频率时的调谐效果更为明显。

本实施例中，所述基片集成波导可调滤波器还包括两个第三金属化通孔106。两个所述第三金属化通孔106分别贯穿所述第一金属层101、所述介质基片和所述第二金属层，并且两个所述第三金属化通孔106分别位于与所述斜边平行的两个所述未金属化沟槽103和所述第一金属化通孔102之间。优选地，每个第三金属化通孔106到相邻直角边的垂直距离t相等。所述第三金属化通孔106可以抑制高次模，提高带外抑制特性。

本实施例中，所述基片集成波导可调滤波器还可以包括输入端馈线和输出端馈线107、108(具体可以107和108中任选一个作为输入端馈线，另一个作为输出端馈线)。所述输入端馈线和输出端馈线107、108设置于所述第一金属层101，所述输入端馈线的延伸方向与所述输出端馈线的延伸方向垂直。本实施例的输入输出均采用共面波导结构，输入端馈线和输出端馈线107、108的共面波导馈电长度L1可以相同，馈电宽度W1可以相同，共面波导的缝长Lslot可以相同，共面波导的缝宽Wslot可以相同。

实际应用中，所述基片集成波导可调滤波器的各部分尺寸大小都可以根据具体的中心频率进行仿真设计得到。

在半模基片集成波导可调滤波器中，奇模电场将不会被激励起，只存在偶模。在半模结构的滤波器通带内传输的模式是TE101模和TE102模，图2是移动铜柱至远离中心的一个位置时TE101模和TE102模的微扰电场分布图，图3是移动铜柱靠近中心位置时TE101模和TE102模的微扰电场分布图。当嵌入矩形槽中的铜柱发生移动的时候，TE101和TE102模的电场将被扰动，它们的谐振频率均发生移动。

利用HFSS软件基于Rogers 5880厚度0.508mm，介电常数为2.2的电路板进行建模、仿真，S参数仿真结果如图4所示。当铜柱从5mm移动到1.6mm处时，滤波器的中心频率从高频向低频移动。滤波器的可调中心频率从8GHz到10.5GHz，相当于中心频率为9.25GHz，相对带宽27％。所有通带的回波损耗小于-12dB，插入损耗1.5dB左右，在上边频有一个传输零点。

本实施例利用半模基片集成波导，可以减小设计的体积，有利于器件的小型化。可调原理为：通过调谐器件104在未金属化沟槽103内的移动，扰动电磁场分布，实现谐振频率可调；并且，由于调谐器件104在未金属化沟槽103内的移动是连续的，调节谐振频率可以是连续的。

实施例3

本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，如图5所示，本实施例的基片集成波导可调滤波器可以包括两个未金属化沟槽103和两个调谐器件104，该两个未金属化沟槽103之间的夹角为180°，可以看作是省略图1中位于中间的未金属化沟槽。所述基片集成波导可调滤波器的可调原理与实施例2相同。滤波器中各部分的尺寸可以根据具体的中心频率进行仿真设计得到。

实施例4

本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，如图6所示，本实施例的基片集成波导可调滤波器可以包括四个未金属化沟槽103和四个调谐器件104，该四个未金属化沟槽103顺时针方向相邻的两个的角度依次为45°、90°、45°。所述基片集成波导可调滤波器的可调原理与实施例2相同。滤波器中各部分的尺寸可以根据具体的中心频率进行仿真设计得到。

在其它实施例中，所述基片集成波导可调滤波器还可以包括其他数量的未金属化沟槽103。

实施例5

本实施例是对实施例1的进一步说明。图7示出了本实施例的一种基片集成波导可调滤波器的具体结构。其与实施例2的结构和原理基本相同，不同之处在于，所述基片集成波导可调滤波器为全模基片集成波导可调滤波器，其第一金属层101为正方形，所述半模基片集成波导可调滤波器包括四个所述未金属化沟槽103和四个所述调谐器件104，每个所述未金属化沟槽103内分别嵌入一个所述调谐器件104。

四个所述未金属化沟槽103中，两个所述未金属化沟槽103位于所述第一金属层101的一条对角线上，另两个所述未金属化沟槽103位于所述第一金属层101的另一条对角线上。该四个未金属化沟槽103顺时针方向相邻的两个的角度均为90°。

另外，本实施例中，两个所述第三金属化通孔106分别位于同一条对角线上且在位于所述同一条对角线的两个所述未金属化沟槽103和所述第一金属化通孔102之间。

所述全模基片集成波导可调滤波器中的其它结构可参考实施例2，与实施例2基本相同。

本实施例利用全模基片集成波导，同样可以实现谐振频率机械可调，可调原理为：通过调谐器件104在未金属化沟槽103内的移动，扰动电磁场分布，实现谐振频率可调；并且，由于调谐器件104在未金属化沟槽103内的移动是连续的，调节谐振频率可以是连续的。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基片集成波导可调滤波器，其特征在于，包括：

介质基片；

设置于所述介质基片之上的第一金属层和设置于所述介质基片之下的第二金属层；

分布于所述第一金属层的边缘，且贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的若干第一金属化通孔；

贯穿所述第一金属层和所述介质基片的至少一未金属化沟槽；以及，

对应嵌入所述未金属化沟槽的至少一调谐器件，所述调谐器件在所述未金属化沟槽内的位置可调。

2.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的第二金属化通孔，所述未金属化沟槽分布于所述第二金属化通孔的周围且所述未金属化沟槽的一端指向所述第二金属化通孔。

3.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述至少一未金属化沟槽沿所述第一金属层的中轴线对称设置。

4.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述未金属化沟槽为矩形槽，和/或，所述调谐器件为铜柱。

5.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述未金属化沟槽为矩形槽，所述调谐器件为铜柱，所述铜柱的直径与所述矩形槽的宽度相同。

6.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

设置于所述第一金属层的输入端馈线和输出端馈线，所述输入端馈线的延伸方向与所述输出端馈线的延伸方向垂直。

7.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，每个所述未金属化沟槽的尺寸相同，每个所述调谐器件的尺寸相同，且每个所述调谐器件与所嵌入的未金属化沟槽的相对位置相同。

8.如权利要求1所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述未金属化沟槽还贯穿所述第二金属层。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述基片集成波导可调滤波器为半模基片集成波导可调滤波器；

较佳地，所述半模基片集成波导可调滤波器包括三个所述未金属化沟槽和三个所述调谐器件，每个所述未金属化沟槽内分别嵌入一个所述调谐器件，所述第一金属层为直角三角形；

三个所述未金属化沟槽中，两个所述未金属化沟槽与所述第一金属层的斜边平行，另一个所述未金属化沟槽位于所述第一金属层的中轴线上；

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的两个第三金属化通孔，两个所述第三金属化通孔分别位于与所述斜边平行的两个所述未金属化沟槽和所述第一金属化通孔之间。

10.如权利要求1-8中任意一项所述的基片集成波导可调滤波器，其特征在于，所述基片集成波导可调滤波器为全模基片集成波导可调滤波器；

较佳地，所述半模基片集成波导可调滤波器包括四个所述未金属化沟槽和四个所述调谐器件，每个所述未金属化沟槽内分别嵌入一个所述调谐器件，所述第一金属层为正方形；

四个所述未金属化沟槽中，两个所述未金属化沟槽位于所述第一金属层的一条对角线上，另两个所述未金属化沟槽位于所述第一金属层的另一条对角线上；

较佳地，所述基片集成波导可调滤波器还包括：

贯穿所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的两个第三金属化通孔，两个所述第三金属化通孔分别位于同一条对角线上且在位于所述同一条对角线的两个所述未金属化沟槽和所述第一金属化通孔之间。