CN112713372A - 一种基于印刷脊隙波导技术的滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于印刷脊隙波导技术的滤波器，从上而下依次包括上层介质接地金属板、上层介质层、下层介质层和下层介质接地金属板；所述上层介质层的下表面印刷上层滤波器，下层介质层上表面印刷下层滤波器。本发明频率选择性好，带外抑制强，在上边带28.6GHz形成‑43dB的带外抑制，在下边带30.7GHz处形成‑49dB的带外抑制；在29.1GHz至30.1GHz范围内，回波损耗低于‑10dB，插入损耗小于3dB，在整个频率范围内变化为±0.5dB。

Description

一种基于印刷脊隙波导技术的滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种基于印刷脊隙波导技术的滤波器。

背景技术

平面微带微波滤波器因低成本，易生产、低剖面、重量轻、易调试、成本低等特点成为毫米波频段的理想解决方案。在过去的几十年中印刷电路板PCB的RF材料和电路印刷技术有了显著改善，但来自介质内部的辐射泄漏和功率耗散使微带滤波器的插入损耗仍然很高，尤其是在毫米波段。基于传统微带理论的滤波器具有带外抑制度低，插入损耗高，基片内辐射损耗大，空间辐射大以及在毫米波段容易出现其它寄生模式等缺点。

发明内容

发明目的：本发明旨在解决现有技术的上述不足，提供一种基于印刷脊隙波导技术的滤波器，解决带外抑制度低，插入损耗高的问题。

技术方案：本发明所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，从上而下依次包括上层介质接地金属板、上层介质层、下层介质层和下层介质接地金属板；所述上层介质层的下表面印刷上层滤波器，下层介质层的上表面印刷下层滤波器。

所述上层滤波器包括上边带滤波器和下边带滤波器，两个滤波器级联。

所述上边带滤波器和下边带滤波器为三阶切比雪夫滤波器，包括由微带线构成的三个微带谐振腔、微带线上的金属过孔和电磁带隙EBG阵列单元。

所述上边带滤波器的三个微带谐振腔为长方形，第一微带谐振腔和第二微带谐振腔并列设置，第三微带谐振腔设置在第一微带谐振腔和第二微带谐振腔的侧面；所述下边带滤波器的第一微带谐振腔和第二微带谐振腔为长方形，并列设置，第三微带谐振腔为倒T字型，设置在第一微带谐振腔和第二微带谐振腔的侧面。

所述电磁带隙EBG阵列单元包括印刷在上层介质层下表面的圆形贴片和圆形贴片上的金属过孔。

所述圆形贴片为铜。

所述下层滤波器包括微带谐振腔和电磁带隙EBG阵列单元，分别与上层滤波器的微带谐振腔和电磁带隙EBG阵列单元的圆形贴片重合。

所述上层介质层采用Rogers4350B，上层介质层上表面金属为铜；下层介质层采用Rogers3003，下层介质层下表面金属为铜。

还包括输入输出微带线和微带线上的金属过孔；所述微带线为铜。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为频率选择性好，带外抑制强，在上边带28.6GHz形成-43dB的带外抑制，在下边带30.7GHz处形成-49dB的带外抑制。在29.1GHz至30.1GHz范围内，本发明回波损耗低于-10dB，插入损耗小于3dB，在整个频率范围内变化为±0.5dB。

附图说明

图1是本发明中上层结构的俯视透视图；

图2是本发明中上层结构的三维剖分图；

图3是本发明中下层结构的俯视透视图；

图4是本发明中下层结构的三维剖分图；

图5是本发明的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

由图1-图4可知，本发明所述的滤波器，从上而下依次包括上层介质接地金属板7、上层介质层6、下层介质层13和下层介质接地金属板14。

上层介质层6的下表面印刷上层滤波器，下层介质层13上表面印刷下层滤波器。上层滤波器包括上边带滤波器4和下边带滤波器5，两个滤波器级联，均为三阶切比雪夫滤波器。构成在上边带和下边带各有一个传输零点的带通滤波器。两个滤波器均由3个通过间隙耦合方式采用微带线形成的微带谐振腔、微带线上的金属过孔和电磁带隙EBG阵列单元构成。上边带滤波器4为平行三阶滤波器，它的三个微带谐振腔为长方形，第一微带谐振腔和第二微带谐振腔并列设置，第三微带谐振腔设置在第一微带谐振腔和第二微带谐振腔的侧面。下边带滤波器5为T型三阶滤波器，它的第一微带谐振腔和第二微带谐振腔为长方形，并列设置，第三微带谐振腔为倒T字型，设置在第一微带谐振腔和第二微带谐振腔的侧面。

上层滤波器的电磁带隙EBG阵列单元由印刷在上层介质层下表面的圆形贴片10和圆形贴片上的金属过孔3构成。圆形贴片10为17um厚的铜，金属过孔3为直径0.15mm的铜孔。

印刷在下层介质层13的上表面的下层滤波器包括一个平行三阶滤波器11和一个倒T型三阶滤波器12，两个滤波器的微带谐振腔和电磁带隙EBG阵列单元的圆形贴片与印刷在上层滤波器的微带谐振腔和电磁带隙EBG阵列单元的圆形贴片10分别重合。下层介质层和下层接地金属板是实现波导传输的间隙层。下层介质层选用厚度为0.506mm厚度的Rogers3003的介质。上层介质层厚度为0.762mm，材料为Rogers4350B。上下两层介质层紧密贴合在一起，17um厚的铜金属分别印刷于上层介质层上表面和下层介质层下表面。

本发明还包括印刷在各第一谐振腔和第二谐振腔两端输入输出微带线和微带线上的金属过孔；微带线为17um厚的铜，金属过孔直径0.15mm。上边带滤波器和下边带滤波器分别连接宽度为1.4mm的微带线。微带线上的上层介质层的输入端口1和下层介质层的输入端口8重合，上层介质层的输出端口2和下层介质层的输出端口9重合，输入端口和输出端口分别与外电路连接。

本实施例中电磁带隙EBG阵列单元在每个微带线两边为三行或四行排列。能有效抑制波导传输多带来的介质损耗，有效降低传输损耗。电磁带隙EBG阵列单元按1.5mm周期排布，电磁带隙EBG阵列单元中心圆盘半径为0.5mm，金属过孔半径0.15mm,嵌入上层介质层中。

微带线结构尺寸，包括构成每一个谐振腔的微带线尺寸和相邻微带线耦合间距，以及微带线上金属过孔的间距和尺寸，决定滤波器的工作频段的带宽以及传输零点位置以及带外抑制性能。改变微带线的宽度以及长度等尺寸参数以及各微带线之间的耦合间距，可以改变谐振频率，进而影响滤波器最终工作频点和工作带宽以及带外抑制性能。

调节输入输出微带线的宽度尺寸，可以影响电路的输入输出阻抗，进而影响电路在频带范围内输入输出匹配特性。印刷脊隙波导传输Q-TEM模式，与微带线相似，因此，特征阻抗可以使用微带线理论计算印刷脊间隙波导导电脊的阻抗初始宽度。

电磁带隙EBG阵列单元的周期尺寸、圆形贴片的尺寸、金属过孔的尺寸影响电磁带隙的频带范围。通过控制电磁带隙EBG阵列单元周期尺寸，改变圆形贴片尺寸，金属过孔尺寸，影响电磁带隙范围,进而影响通带范围内传输特性。同时电磁带隙EBG阵列单元的周期、圆形贴片的尺寸、接地通孔直径会影响电磁带隙EBG阵列单元在特定频段内的反射相位。通过调节中心圆形贴片半径，可以使电磁带隙覆盖工作频段从而实现降低传输损耗的作用。

图5是本发明的仿真结果。在29.1GHz至30.1GHz范围内，S(1,1)和S(2,2)反射系数小于-10dB。S(2,1)插入损耗小于3dB，在整个频率范围内变化为±0.5dB。另外在上边带28.6GHz形成-43dB的带外抑制，并且在下边带30.7GHz处形成-49dB的带外抑制。由此可见本发明可以有效抑制带外频谱分量，实现更高质量的信号滤波。

Claims (9)

1.一种基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：从上而下依次包括上层介质接地金属板(7)、上层介质层(6)、下层介质层(13)和下层介质接地金属板(14)；所述上层介质层(6)的下表面印刷上层滤波器，下层介质层(13)的上表面印刷下层滤波器。

2.根据权利要求1所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述上层滤波器包括上边带滤波器(4)和下边带滤波器(5)，两个滤波器级联。

3.根据权利要求2所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述上边带滤波器(4)和下边带滤波器(5)为三阶切比雪夫滤波器，包括由微带线构成的三个微带谐振腔、微带线上的金属过孔和电磁带隙EBG阵列单元。

4.根据权利要求3所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述上边带滤波器(4)的三个微带谐振腔为长方形，第一微带谐振腔和第二微带谐振腔并列设置，第三微带谐振腔设置在第一微带谐振腔和第二微带谐振腔的侧面；所述下边带滤波器(5)的第一微带谐振腔和第二微带谐振腔为长方形，并列设置，第三微带谐振腔为倒T字型，设置在第一微带谐振腔和第二微带谐振腔的侧面。

5.根据权利要求3所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述电磁带隙EBG阵列单元包括印刷在上层介质层下表面的圆形贴片和圆形贴片上的金属过孔(3)。

6.根据权利要求5所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述圆形贴片为铜。

7.根据权利要求3所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述下层滤波器包括微带谐振腔和电磁带隙EBG阵列单元，分别与上层滤波器的微带谐振腔和电磁带隙EBG阵列单元的圆形贴片重合。

8.根据权利要求1所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：所述上层介质层(6)采用Rogers4350B，上层介质层(6)上表面金属为铜；下层介质层(13)采用Rogers3003，下层介质层(13)下表面金属为铜。

9.根据权利要求1所述的基于印刷脊隙波导技术的滤波器，其特征在于：还包括输入输出微带线和微带线上的金属过孔；所述微带线为铜。

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