CN110957553A - 一种滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波器，包括：介质基板、位于介质基板上表面的半模基片集成波导、谐振器、输入馈线和输出馈线；位于介质基板下表面的金属接地板，输入馈线与所述半模基片集成波导的第一端相连，输出馈线与半模基片集成波导的第二端相连，谐振器与半模基片集成波导上金属通孔所在侧的对侧相连且谐振器位于第一端和所述第二端之间，谐振器与半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔，本发明滤波器的谐振器与半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔使得信号在通过滤波器时产生了交叉耦合，在半模基片集成波导基础上加载的谐振器降低了整个滤波器的谐振频率，减小了滤波器的体积。

Description

一种滤波器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种滤波器。

背景技术

近年来，随着通信技术的飞速发展，微波和毫米波通信器件引起了越来越多的关注，在微波和毫米波通信系统中，有些无源器件比如天线、滤波器等，因为体积太大或是性能达不到要求而不能将它们和有源器件集成在一个芯片组上，但是可以通过系统级封装技术将它们封装到一个系统中。在频率不高的情况下，系统级封装技术可以用传统的毫米波器件比如微带线和共面波导来实现，而在高频率下，由于其传输损耗和辐射损耗的增大，难以满足高性能、低损耗和高可靠性等现代通信器件的要求。由此，基片集成波导(substrateintegrated waveguide，SIW)技术应运而生，SIW可以在介质基片上实现传统的金属波导传输特性，兼有矩形波导和微带器件的优点，在此基础上，半模基片集成波导(half-modesubstrate integrated waveguide，HMSIW)由于其宽度近似为SIW的一半，有效地减小了辐射损耗且尺寸只有SIW的一半左右受到了大众的青睐。

然而，随着集成电路的发展，对器件的小型化由越来越高的要求，如何在使得滤波器达到性能要求的情况下缩小体积成了当下亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种滤波器，用以解决如何在保证滤波器性能不变的前提下，缩小滤波器的体积的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种滤波器，包括：介质基板、位于所述介质基板上表面的半模基片集成波导、谐振器、输入馈线和输出馈线；位于所述介质基板下表面的金属接地板；所述输入馈线与所述半模基片集成波导的第一端相连；所述输出馈线与所述半模基片集成波导的第二端相连；

所述谐振器与所述半模基片集成波导上金属通孔所在侧的对侧相连且所述谐振器位于所述第一端和所述第二端之间；所述谐振器与所述半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔。

上述方案，电磁波被限制在金属孔和上下金属边界形成的腔体内，谐振器与半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔使得信号在通过滤波器时产生了交叉耦合，使得滤波器在通带两端各有一个传输零点，带外抑制显著提高，在半模基片集成波导基础上加载的谐振器降低了整个滤波器的谐振频率，减小了滤波器的体积。

可选的，所述缝隙位于所述第一端和所述第二端之间连线的中心线上。

需要说明的是，谐振器与半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔使得信号在通过滤波器时产生了交叉耦合可以更好的实现本申请实施例所提供的滤波器的带通功能。

可选的，所述谐振器包括第一弯折结构和第二弯折结构；所述第一弯折结构、所述第二弯折结构与所述半模基片集成波导之间形成所述空腔；所述第一弯折结构的开路端与所述第二弯折结构的开路端之间形成所述缝隙。

可选的，所述第一弯折结构与所述第二弯折结构为关于所述中心线的对称结构。

上述方案，基于电磁理论，当第一弯折结构与第二弯折结构关于中心线呈对称结构时，可以更好的实现本申请实施例所提供的滤波器的带通功能。

可选的，所述第一弯折结构与所述半模基片集成波导的连接点靠近所述第一端；所述连接点与所述第一端之间的第一距离小于所述连接点与所述中心线的第二距离。

需要说明的是，当第一弯折结构与半模基片集成波导的连接点位于第一端或在输入馈线上时，信号在未进入滤波器时已经产生了分流，这显然是不可以的。由于半模基片集成波导上越靠近中心线的位置频率越高，且由于第一弯折结构与第二弯折结构关于中心线呈对称结构，此时第一弯折结构与第二弯折结构的之间的空腔很小，使得滤波器产生的磁耦合可忽略不计，显然这也是不可以的。

可选的，所述第一弯折结构、所述第二弯折结构与所述半模基片集成波导之间形成的空腔为矩形。

可选的，所述第一弯折结构中第一部分的宽度小于所述第一弯折结构中第二部分的宽度；所述第一部分为所述第一弯折结构中与所述半模基片集成波导呈垂直关系的部分；所述第二部分为所述第一弯折结构中与所述半模基片集成波导呈水平关系的部分。

上述方案，第一弯折结构中第一部分的宽度小于第一弯折结构中第二部分的宽度使得滤波器产生的交叉耦合效果更好，降低了滤波器的中心频率，从而减小了滤波器的体积。

可选的，所述弯折结构的长度与所述滤波器的谐振频率负相关。

需要说明的是，弯折结构的长度越长，滤波器的谐振频率越小。

可选的，通过如下公式确定所述滤波器的谐振频率与所述弯折结构的长度之间的关系：

其中，f1为滤波器的谐振频率，L为弯折结构的长度，c为光速，ε_r为介质基板的介电常数。

上述方案，从公式可以进一步证明弯折结构的长度越长，滤波器的中心频率越小。

第二方面，本发明实施例提供一种终端设备，包括如上述第一方面所述的滤波器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种滤波器的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种滤波器的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种滤波器的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种滤波器插入损耗以及回波损耗的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种滤波器的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种滤波器的示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

为解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种解决方案，具体如下：

如图1所示的一种滤波器，包括：介质基板101、位于介质基板101上表面的半模基片集成波导102、谐振器103、输入馈线104和输出馈线105，位于介质基板101下表面的金属接地板106。

具体的，输入馈线104与半模基片集成波导102的第一端相连，输出馈线105与半模基片集成波导102的第二端相连。

需要说明的是，信号从输入馈线104进入通过上述介质基板101、位于介质基板101上表面的半模基片集成波导102、谐振器103以及位于介质基板101下表面的金属接地板106构成的导体后从输出馈线105输出。

本申请实施例中，电磁波被限制在金属孔和上下金属边界形成的腔体内，在半模基片集成波导102基础上加载的谐振器103降低了整个滤波器的谐振频率，进一步减小了滤波器的体积。

进一步的，谐振器103与半模基片集成波导102上金属通孔所在侧的对侧相连且谐振器103位于第一端和第二端之间，谐振器103与半模基片集成波导102之间形成具有缝隙的空腔。

基于上述内容，接下来从图2来进一步阐述本申请实施例所提供的滤波器的原理。如图2所示：

上述提到了信号由输入馈线输入再从输出馈线输出。具体的，由于谐振器103与半模基片集成波导102之间形成具有缝隙的空腔，使得信号在通过滤波器时形成了两条路径，如图中路径1所示，信号在半模基片集成波导上产生了电耦合，如图中路径2所示，信号在缝隙周围形成了磁耦合，也就是说，谐振器103与半模基片集成波导102之间形成具有缝隙的空腔使得信号在通过滤波器时产生了交叉耦合，使得滤波器在通带两端各有一个传输零点，带外抑制显著提高。

进一步的，如图1所示，缝隙位于第一端和第二端之间连线的中心线上，谐振器包括第一弯折结构和第二弯折结构，第一弯折结构和第二弯折结构之间形成空腔，第一弯折结构的开路端与第二弯折结构的开路端之间形成缝隙。

具体的，第一弯折结构与第二弯折结构为关于中心线的对称结构。

从上述内容可以看出，谐振器与半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔使得信号在通过滤波器时产生了交叉耦合，基于电磁理论，当第一弯折结构与第二弯折结构关于中心线呈对称结构时，可以更好的实现本申请实施例所提供的滤波器的带通功能。

进一步的，第一弯折结构与半模基片集成波导的连接点靠近第一端，连接点与第一端之间的第一距离小于连接点与中心线的第二距离。

基于此，下面阐述一下本发明实施例滤波器的设计原理，当第一弯折结构与半模基片集成波导的连接点位于第一端或在输入馈线上时，信号在未进入滤波器时已经产生了分流，这显然是不可以的。

进一步的，由于半模基片集成波导上越靠近中心线的位置频率越高，且由于第一弯折结构与第二弯折结构关于中心线呈对称结构，此时第一弯折结构与第二弯折结构的之间的空腔很小，使得滤波器产生的磁耦合可忽略不计，显然这也是不可以的。

下面以半模基片集成波导举个具体的例子，如图3所示为半模基片集成波导的俯视图。

需要说明的是，本发明实施例基于介电常数2.2，厚度0.508mm的介质基板，具体的，半模基片集成波导宽度为8mm，长度为18mm，在没有谐振器的情况下，带内插损以及回波损耗如图4所示，其中HMSIW s₁₁为半模基片集成波导的回波损耗，HMSIW s₂₁为半模基片集成波导的带内插损。

从图4可以看出，此时截止频率大约在6.5Ghz，在6.5Ghz以上，带内插损接近0db，说明此时几乎没有能量损耗。

下面结合谐振器，俯视图如图5所示，基于上述内容可以看出，第一弯折结构、第二弯折结构与半模基片集成波导之间形成的空腔为矩形。此时回波损耗以及带内插损如图4中Filter s₁₁以及Filter s₂₁所示。

需要说明的是，滤波器的输入输出一般与50欧姆匹配。从图5可以看出，谐振器第一弯折结构的长度为L2+L3，决定了滤波器的谐振频率。

具体的，滤波器的尺寸设计如下：Ls＝18mm,Ws＝8mm,L1＝4.9mm,W1＝1.4mm,L2＝3mm,W2＝0.5mm,L3＝6.6mm,W3＝1mm,g＝0.1mm。

从上述可以看出，第一弯折结构中第一部分的宽度小于第一弯折结构中第二部分的宽度，第一部分即L2为第一弯折结构中与半模基片集成波导呈垂直关系的部分；第二部分即L3为第一弯折结构中与半模基片集成波导呈水平关系的部分。

需要说明的是，上述所示的滤波器的尺寸设计仅是一种示例，本申请实施例对此不做具体限定。

具体的，通过如下公式确定滤波器的谐振频率与弯折结构的长度之间的关系：

其中，f1为滤波器的谐振频率，L2为弯折结构第一部分的长度，L3为弯折结构第二部分的长度，c为光速，ε_r为介质基板的介电常数。此时滤波器的中心频率4GHZ，带内插损0.9db，回波损耗-20db，相对带宽8.25％。

从上述内容可以看出，本申请实施例所提供的滤波器通过谐振器的设计降低了滤波器的截止频率，增强了滤波器的带外抑制，减小了滤波器的体积。

需要说明的是，本申请谐振器的第一弯折结构以及第二弯折结构还可以为图6所示，本申请对此不作具体限定。

基于此，通过如下公式确定滤波器的谐振频率与弯折结构的长度之间的关系：

其中，f1为滤波器的谐振频率，L为弯折结构的长度，c为光速，∈r为介质基板的介电常数。

如图6所示，弯折结构的长度为La、Lb、Lc的总和，基于滤波器的工作原理，弯折结构的长度与滤波器的中心频率负相关，也就是说，La、Lb、Lc的总和越大，滤波器的中心频率越低。

进一步的，图6中弯折结构的弯折次数为2次，而图5中弯折结构的弯折次数为1次，弯折次数的增加进一步增大了弯折结构的长度，于是滤波器的中心频率降低程度越大，从而减小了滤波器的体积，因此弯折结构的弯折次数与滤波器的体积呈负相关。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种终端设备，该终端设备可以包括上述的滤波器。

最后应说明的是：本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明的方法、被控设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理被控设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理被控设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理被控设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

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 (11)

1.一种滤波器，其特征在于，包括：介质基板、位于所述介质基板上表面的半模基片集成波导、谐振器、输入馈线和输出馈线；位于所述介质基板下表面的金属接地板；所述输入馈线与所述半模基片集成波导的第一端相连；所述输出馈线与所述半模基片集成波导的第二端相连；

所述谐振器与所述半模基片集成波导上金属通孔所在侧的对侧相连且所述谐振器位于所述第一端和所述第二端之间；所述谐振器与所述半模基片集成波导之间形成具有缝隙的空腔。

2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述缝隙位于所述第一端和所述第二端之间连线的中心线上。

3.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于，所述谐振器包括第一弯折结构和第二弯折结构；所述第一弯折结构、所述第二弯折结构与所述半模基片集成波导之间形成所述空腔；所述第一弯折结构的开路端与所述第二弯折结构的开路端之间形成所述缝隙。

4.如权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述第一弯折结构与所述第二弯折结构为关于所述中心线的对称结构。

5.如权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述第一弯折结构与所述半模基片集成波导的连接点靠近所述第一端；所述连接点与所述第一端之间的第一距离小于所述连接点与所述中心线的第二距离。

6.如权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述第一弯折结构、所述第二弯折结构与所述半模基片集成波导之间形成的空腔为矩形。

7.如权利要求6所述的滤波器，其特征在于，所述第一弯折结构中第一部分的宽度小于所述第一弯折结构中第二部分的宽度；所述第一部分为所述第一弯折结构中与所述半模基片集成波导呈垂直关系的部分；所述第二部分为所述第一弯折结构中与所述半模基片集成波导呈水平关系的部分。

8.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述弯折结构的长度与所述滤波器的谐振频率负相关。

9.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述弯折结构的弯折次数与所述滤波器的体积呈负相关。

10.如权利要求7所述的滤波器，其特征在于，通过如下公式确定所述滤波器的谐振频率与所述弯折结构的长度之间的关系：

其中，f1为滤波器的谐振频率，L为弯折结构的长度，c为光速，ε_r为介质基板的介电常数。

11.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的滤波器。

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