CN112563704A - 基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，所述滤波器基于介质集成悬置线，将微带结构的谐振器与槽线结构的谐振器结合，即为微带滤波器与DGS结构结合。与现有技术相比，本发明的有益效果为：①具有自封装特性，基于SISL所设计的电路由多层电路板层叠在一起。位于第三层介质基板上下表面的主电路由第二层介质和第四层介质基板表面的金属以及周围金属化过孔实现有效的静电屏蔽。在加工时可实现自封装。②阻带较宽：哑铃型DGS结构具有单极点的低通特性，可以在高频处起到较好的抑制作用。③基于SISL结构所设计的电路，色散损耗和导体损耗都较小，整体损耗更低。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器。
背景技术
微波滤波器是一种重要的微波器件，它作为射频前端重要的选频器件，较大程度上决定着收发机的整体性能。滤波器作为一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，并极大衰减其他频率成分,因此滤波器一直是微波毫米波电路的研究热点之一。目前，微波滤波器广泛用于雷达系统、通信系统等领域。
随着通信技术的迅速发展，频带分布越来越紧密。因此为了确保各个通信系统之间的信号频带不会相互影响，滤波器应该具有更好的选频性能。在滤波器的设计过程中，主要面临的困难包括损耗较大、阻带宽度较窄等，同时面临着加工封装后，质量较大等问题。
2007年，专利K.Ma,etc.Quasi-planar Circuits with Air Cavities[P].PCTPatent WO/2007/149046中提出了新型介质集成悬置线技术(Substrate IntergratedSuspended Line，以下简称SISL)。SISL在继承传统悬置线优良特性的基础上，克服了传统波导悬置线电路装配复杂、结构不紧凑等缺点，具有自封装特性。另外，SISL的电磁场主要分布于空气中，有效介电常数εe接近于1。由于有效介电常数较小，因此在相同阻抗的情况下，SISL中的传输线更宽，电流密度更小，导体损耗将减小。同时，SISL的色散接近于无，介质损耗极小。综上，基于SISL设计的电路具有低损耗、自封装等特性。
若在滤波器的设计过程中，可以有效减小损耗，增加阻带的宽度，同时兼有自封装特性，减小滤波器加工封装的复杂度，则将会使滤波器的整体性能大大提升。
综上所述，为解决滤波器封装后整体偏重、阻带宽度较窄，传输损耗大等问题。目前迫切需要一种基于SISL的自封装，宽阻带，低损耗的带通滤波器。
发明内容
基于上述要求，本发明提出一种基于SISL的自封装宽阻带带通滤波器，实现了自封装特性，加工装配复杂度较小，同样新型结构的滤波器对高次谐波的抑制效果较好，且基于SISL设计的滤波器插入损耗较小。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，所述滤波器基于介质集成悬置线，将微带结构的谐振器与槽线结构的谐振器结合，即为微带滤波器与DGS结构结合。
其中，所述介质集成悬置线的横面结构由五层电路板构成，每一层电路板是由上下两层敷上金属的介质板构成，第二层与第四层介质内部各切除一个大小相同的矩形空气腔体，悬置线电路位于第三层介质基板的上下表面，各层电路板按照多层PCB加工工艺层叠在一起。
其中，
各层电路板按照多层PCB加工工艺通过介质粘合或者金属铆钉压合方式层叠在一起。
其中，所述DGS结构为哑铃型DGS结构，在馈线处引入哑铃型DGS结构。
其中，所述哑铃型的DGS结构是由位于微带线的金属接地板上刻蚀的两个矩形缺陷图形和一个连接两个矩形的窄缝隙构成，形状类似于哑铃型。
其中，所述缺陷图形由两个长宽为L和一个长度为w，宽为g的缝隙连接而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
①具有自封装特性，基于SISL所设计的电路由多层电路板层叠在一起。位于第三层介质基板上下表面的主电路由第二层介质和第四层介质基板表面的金属以及周围金属化过孔实现有效的静电屏蔽。在加工时可实现自封装。
②阻带较宽：哑铃型DGS结构具有单极点的低通特性，可以在高频处起到较好的抑制作用。
③基于SISL结构所设计的电路，色散损耗和导体损耗都较小，整体损耗更低。
附图说明
图1是哑铃型DGS单元平面参数图；
图2是哑铃型DGS单元等效电路图；
图3是新型介质集成悬置线(SISL)截面图；
图4是未引入DGS结构的带通滤波器的三维结构图；
图5是本发明的新型带通滤波器的三维结构图。
图6是未引入DGS结构的带通滤波器的S参数仿真示意图
图7是本发明的新型带通滤波器的S参数仿真示意图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出了一种基于SISL的自封装宽阻带带通滤波器，该滤波器的实现方法是基于SISL，将微带结构的谐振器与槽线结构的谐振器的结合，即在本设计中将微带滤波器与DGS结构结合，优化后得到新的具有自封装特性的宽阻带、低损耗的带通滤波器。
首先分析DGS结构的核心思路。DGS结构是在微带线的接地金属层上刻蚀不同形状的图案从而实现性能。
如图1所示，刻蚀的图案改变了介质基板的有效介电常数，提高了微带线、共面波导(CPW)等传输线的分布电感和分布电容，从而改变了传输线的传输特性。
哑铃型的DGS结构是由位于微带线的金属接地板上刻蚀的两个矩形缺陷图形和一个连接两个矩形的窄缝隙构成，形状类似于哑铃型。
如图1所示，缺陷图案由两个长宽为L和一个长度为w，宽为g的缝隙连接而成。
如图2所示，为哑铃型DGS等效电路图，此结构具有低通特性，可以用来改善滤波器的性能，例如在滤波器的高次谐波处引入衰减极点来抑制滤波器的寄生通带从而实现更宽的阻带响应、优化滤波器的通带特性以及提高滤波器的频率选择特性等。
如图3所示，为本申请中提到的新型介质集成悬置线(SISL)横面结构图，其由五层电路板构成，每一层电路板是由上下两层敷上金属的介质板构成。第二层与第四层介质内部各切除一个大小相同的矩形空气腔体，悬置线电路位于第三层介质基板的上下表面。各层电路板按照多层PCB加工工艺通过介质粘合或者金属铆钉压合等方式层叠在一起。多层电路中的各个空气腔可以通过多层加工中的金属化通孔实现有效的相互屏蔽，从而避免了电磁波色散辐射引起的互相干扰，因此SISL可以实现电路与系统的自封装特性，并有着较好的电磁兼容能力。
在带通滤波器的设计过程中，滤波器主电路不变，在馈线处引入哑铃型DGS结构，可以对高次谐波有较好的抑制作用。另外，整个电路的设计基于SISL结构，拥有自封装特性，损耗较小。
首先对未为引入DGS结构的滤波器进行研究，如图4所示，在HFSS中，为了加快仿真速度，利用三层简化SISL结构。蓝色部分为空气腔，空气腔默认设置为理想导体，因此三层简化SISL的边界条件与五层SISL的边界条件较类似。橙色部分为介质基板，绿色部分为滤波器的主体电路，布置在介质基板上表面，棕色部分为在介质基板下表面布置的GND。
对图4结构的带通滤波器进行仿真，如图6所示，通过仿真得到的S参数曲线可观察滤波器的通带为4.8GHz-5GHz，但在11GHz-30GHz处产生了多个寄生通带，阻带部分的抑制较差。
其次，分析引入DGS结构的带通滤波器。单个哑铃型DGS等效电路如图2所示，Z0和Z1分别代表50Ω的输入源内阻和匹配电阻，并联LC的回路电抗为XLC,其值由介质板下方的DSG结构决定。使用HFSS软件可得到该结构的衰减曲线并获得衰减极点所在频率f0。
图5为引入哑铃型DGS结构的带通滤波器三维结构图，带通滤波器的主电路布置在介质基板的上层，DGS结构布置在介质基板的下层，其它结构保持不变。仿真结果如图7所示。通过观察S参数仿真图可以得出结论，原带通滤波器中引入DGS结构后，在11GHz-30GHz频段内有着较好的抑制效果，最佳可达-94dB，有效实现了对高次谐波的抑制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，其特征在于，所述滤波器基于介质集成悬置线，将微带结构的谐振器与槽线结构的谐振器结合，即为微带滤波器与DGS结构结合。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，其特征在于，所述介质集成悬置线的横面结构由五层电路板构成，每一层电路板是由上下两层敷上金属的介质板构成，第二层与第四层介质内部各切除一个大小相同的矩形空气腔体，悬置线电路位于第三层介质基板的上下表面，各层电路板按照多层PCB加工工艺层叠在一起。
3.根据权利要求2所述的一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，其特征在于，
各层电路板按照多层PCB加工工艺通过介质粘合或者金属铆钉压合方式层叠在一起。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，其特征在于，所述DGS结构为哑铃型DGS结构，在馈线处引入哑铃型DGS结构。
5.根据权利要求4所述的一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，其特征在于，
所述哑铃型的DGS结构是由位于微带线的金属接地板上刻蚀的两个矩形缺陷图形和一个连接两个矩形的窄缝隙构成，形状类似于哑铃型。
6.根据权利要求5所述的一种基于介质集成悬置线的自封装宽阻带带通滤波器，其特征在于，所述缺陷图形由两个长宽为L和一个长度为w，宽为g的缝隙连接而成。
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