CN113178669B - 基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器 - Google Patents

基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN113178669B
CN113178669B CN202110520270.5A CN202110520270A CN113178669B CN 113178669 B CN113178669 B CN 113178669B CN 202110520270 A CN202110520270 A CN 202110520270A CN 113178669 B CN113178669 B CN 113178669B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric plate
metal
millimeter wave
dielectric
pass filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110520270.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113178669A (zh
Inventor
申东娅
刘明振
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yunnan University YNU
Original Assignee
Yunnan University YNU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yunnan University YNU filed Critical Yunnan University YNU
Priority to CN202110520270.5A priority Critical patent/CN113178669B/zh
Publication of CN113178669A publication Critical patent/CN113178669A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113178669B publication Critical patent/CN113178669B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2002—Dielectric waveguide filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2005—Electromagnetic photonic bandgaps [EPB], or photonic bandgaps [PBG]

Abstract

本发明涉及一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器。该5G毫米波带通滤波器，包括：顶层介质板、中间层介质板以及底层介质板；顶层介质板的上表面印刷有金属层，顶层介质板内设有周期性金属通孔，顶层介质板的下表面印刷有周期性的金属贴片；顶层介质板中周期性金属通孔和金属贴片构成电磁带隙结构，形成理想磁导体；底层介质板的上表面印刷有两个开口相向的三角形谐振器，底层介质板的下表面印刷有金属层；对于任一三角形谐振器，开口相对的三角形顶点处连接微带线；底层介质板长度长于顶层介质板的长度以及中间层介质板的长度，使得微带线处于裸露状态进行馈电。本发明能够有效减少空间辐射损耗以及抑制平面波。

Description

基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器。
背景技术
随着现在移动通讯与网络的高度集成，以及物联网的快速发展，访问终端设备的数量和无线数据流量都呈现指数增长，移动数据流量的需求日益增长与有限的频谱资源之间的矛盾持续加剧。第四代(4G)移动通信技术已不能满足低延迟、高容量和大连接的要求。随着第五代移动通信系统(5G)的提出，其关键技术的研发一直是移动通信研究领域的一个重点和热点，5G技术使得业务变得多样化，因而随着5G的大规模应用，对通信信号的传输速率，通信设备的收发效率等有着更严格的要求。高频率处的微波、毫米波能够满足信号高速传输速率的要求，其在通信系统中的应用也越加广泛。为了顺应未来的网络发展，各个国家都开展了对5G网络的部署。自2013年以来，国家级5G研究组织和项目(包括欧洲联盟(EU)5GPPP/METIS，中国IMT-2020(5G)推广集团，韩国5G论坛和日本ARIB)已经一个接一个地确定2020年实现的技术目标。2017年7月，中国国家工信委已经确定24.75GHz-27.5GHz频段和37GHz-42.5GHz频段为中国5G毫米波移动通信系统的两个实验频段，5G毫米波移动通信系统的大规模应用呼之欲出。
并且在通信系统中，滤波器被广泛应用于信道选择、滤去镜频干扰、衰减噪声、频分复用以及在高性能的振荡、放大、倍频和混频等通信系统电路中，是射频无线通信系统中必不可少的部分。因此对于应用于微波、毫米波频带的滤波器的研究具有很重要的现实意义。
集成基片间隙波导具有抑制表面波和空间辐射的能力，完全适用于封装的毫米波电路系统，集成基片间隙波导(Integrated Substrate Gap Waveguide，ISGW)可通过印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)进行加工，同时具备间隙波导传输准TEM模、抗电磁干扰和抑制表面波等优点，克服了间隙波导尺寸大和重量大的缺点，同时具有很好的集成性。其良好的性能优势，预期将在5G毫米波通信系统的器件设计和系统集成方面有巨大的应用潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，以有效减少空间辐射损耗以及抑制平面波。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，包括：由上至下依次叠置的顶层介质板、中间层介质板以及底层介质板；
所述顶层介质板的上表面印刷有金属层，所述顶层介质板内设有周期性金属通孔，所述顶层介质板的下表面印刷有周期性的金属贴片；一个所述金属通孔对应一个所述金属贴片；所述顶层介质板中周期性金属通孔和金属贴片构成电磁带隙结构，形成理想磁导体；
所述底层介质板的上表面印刷有两个开口相向的三角形谐振器，所述底层介质板的下表面印刷有金属层；对于任一所述三角形谐振器，开口相对的三角形顶点处连接微带线；
所述底层介质板长度长于所述顶层介质板的长度以及所述中间层介质板的长度，使得所述微带线处于裸露状态进行馈电。
可选的，所述顶层介质板、所述中间层介质板和所述底层介质板的宽度相同；
所述顶层介质板、所述中间层介质板和所述底层介质板通过粘接或螺丝固定在一起。
可选的，所述金属贴片为金属圆形贴片；
通过调节所述金属通孔和所述金属贴片的尺寸以及周期形成特定频段的电磁带隙禁带；所述特定频段为期望调节的频段。
可选的，所述中间层介质板用于分隔所述顶层介质板和所述底层介质板，通过改变所述中间介质层的材料和厚度以改变所述5G毫米波带通滤波器的等效介电常数，增大所述三角形谐振器以及所述理想磁导体的设计自由度，以及，使微带线灵活布局而不受所述金属贴片的影响。
可选的，通过调节所述三角形谐振器的耦合宽度和两个开口相向的三角形谐振器之间的间距，以调节所述5G毫米波带通滤波器的中心频率。
可选的，通过调节所述三角形谐振器的开口长度和所述三角形谐振器的开口边的宽度，以调节对所述5G毫米波带通滤波器的工作带宽。
可选的，所述理想磁导体用于增加所述三角形谐振器的等效电路中并联的电容和电感，形成基片集成间隙波导，以使得带外衰减更加陡峭。
可选的，通过调节所述中间层介质板的厚度或所述底层介质板的厚度，以调节工作带宽；其中，增大所述中间层介质板的厚度，以增加工作带宽；增大所述底层介质板的厚度，以降低工作带宽。
可选的，当加工测试时，在所述底层介质板的下表面加装硬质材料，以防止所述底层介质板产生的形变对测试产生影响；所述硬质材料包括铅块。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，顶层介质板中的周期性金属通孔和金属贴片形成电磁带隙结构，通过调节金属通孔和金属贴片的尺寸以及周期，形成特定频段的电磁带隙禁带，从而有效的减少空间辐射损耗，抑制平面波，同时解决空间谐振的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器结构图；
图2为本发明所提供的顶层介质板的上表面图；
图3为本发明所提供的顶层介质板的下表面图；
图4为本发明所提供的中间层介质板上表面或下表面示意图；
图5为本发明所提供的底层介质板的上表面图；
图6为本发明所提供的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器在21-31GHz的S11和S21的S参数仿真图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器结构图，如图1所示，一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，包括：顶层介质板1，中间层介质板6以及底层介质板7；其中：
如图2-图3所示，顶层介质板1其上表面印刷有金属层2，介质板中打有周期性金属通孔3，顶层介质板1的下表面5印刷有周期性的金属圆形贴片4；顶层介质板1中周期性金属通孔3和金属圆形贴片4形成电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)结构，形成理想磁导体(perfect magnetic conductor，PMC)。
如图4所示，中间层介质板6为一块未进行任何处理的介质板。
如图5所示，底层介质板7的上表面8印刷有两个开口相向的三角形谐振器9，下表面印刷有金属层，在与开口相对的三角形顶点处连接微带线10用作馈电。
顶层介质板1的宽度与中间层介质板6和底层介质板7宽度相同，但底层介质板7长度略长，使从三角形顶点处的微带线处于裸露状态进行馈电。
三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起。
在实际应用中，顶层介质板1中的周期性金属通孔和金属贴片组合形成的电磁带隙结构，通过调节金属通孔3和金属圆形贴片4的尺寸以及周期，可以形成特定频段的电磁带隙禁带，能有效的减少空间辐射损耗，抑制平面波，同时解决空间谐振的问题。
在实际应用中，中间层介质板6为一块未进行处理的介质板，起到分隔顶层介质板1和底层介质板7的作用，并且可以通过改变中间介质层的材料和厚度可以达到改变所述5G毫米波带通滤波器的等效介电常数的效果，同时也提高了底层介质板7上表面印刷的金属滤波结构的设计自由度，还使得微带线10能够灵活的布局，而不受顶层介质板下表面金属贴片的影响。
在实际应用中，底层介质板7的上表面8上印刷有金属的两个开口相对的三角形谐振器9，通过两个三角形开口谐振器之间的电容性耦合作用，达到滤波效果。
在实际应用中，通过调节底层介质板7上印刷的金属的三角形开口谐振器9的耦合宽度13和两个三角形开口谐振器之间的间距14，可以实现对中心频率的调节；通过对三角形谐振器9的开口长度11和开口边的宽度12的调节，可以实现对滤波器工作带宽的调节，而且滤波器的中心工作频率没有影响。
在实际应用中，对于顶层介质板1中周期性的金属通孔3和金属贴片4形成的理想磁导体(PMC)结构使底层介质板7上表面8印刷的三角形谐振器9的等效电路中并联的电容和电感增加，所形成的基片集成间隙波导使得带外衰减更加陡峭。
在实际应用中，通过调节中间层介质板6和底层介质板7的厚度，可以实现对工作带宽的调节，增大中间层介质板6的厚度，可以增加工作带宽；增大底层介质板7的厚度，可以降低工作带宽，或通过改变介质板参数也可达到同样的效果。
在实际应用中，为保证所设计的滤波器实测满足仿真效果，在加工测试时可在底层介质板7的下表面15加装硬质材料，通过粘接或螺丝固定的形式，防止介质板产生的形变对测试产生的影响，所述硬质材料包括铅块，该铅块也可以为其他硬质材料。
以具体数值为例，如图6所示，顶层介质板1和中间层介质板6都是采用的介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009，厚度0.508mm的Rogers5880介质材料；底层介质板7采用介电常数为3.38、损耗角正切为0.0027、厚度0.508mm的Rogers4003C介质材料；滤波器整体尺寸为22.5mm*45mm*2.082mm。图6所示的结果表明，本发明的滤波器中心频率为26.6GHz，工作带宽为2.2GHz，传输零点分别位于24GHz和29.8GHz；在传输通带内插入损耗优于0.88dB，回波损耗优于20dB，带外抑制达到25dB。
本发明提供了一种基于集成基片间隙波导(ISGW)的5G毫米波带通滤波器。该滤波器采用三层介质板结构的ISGW，滤波电路印刷在底层介质板7的上表面8，在其下表面15印刷导电涂层，以用作接地；顶层介质板1中打有周期性的通孔3，并在内壁附铜，在其下表面5印刷有与金属通孔相同周期且共同圆心的圆形金属贴片4，两者构成电磁带隙(EBG)结构，连同上表面印刷的导电涂层，使其具有理想磁导体(PMC)特性；中间层介质板6主要起到隔离顶层介质板1和底层介质板7的作用，使底层介质板7的上表面8印刷的滤波电路9和微带线10与顶层介质板1的下表面5印刷的周期性的金属贴片4不会直接接触，增大了滤波电路以及PMC的设计自由度，使微带结构的滤波电路能够灵活的布局，而不受顶层介质板下表面金属贴片的影响。本发明实现了工作于5G毫米波频带的带通滤波器，解决了用传统方法设计的5G毫米波滤波器中存在的插入损耗大、回波损耗小的问题，同时具有较宽的工作频带和较好的带外抑制，并且具有结构简单易加工、加工成本低等优点，有利于在5G通信系统中的普遍应用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，其特征在于，包括：由上至下依次叠置的顶层介质板、中间层介质板以及底层介质板；
所述顶层介质板的上表面印刷有金属层，所述顶层介质板内设有周期性金属通孔，所述顶层介质板的下表面印刷有周期性的金属贴片；一个所述金属通孔对应一个所述金属贴片；所述顶层介质板中周期性金属通孔和金属贴片构成电磁带隙结构，形成理想磁导体；
所述底层介质板的上表面印刷有两个开口相向的三角形谐振器，所述底层介质板的下表面印刷有金属层；对于任一所述三角形谐振器，开口相对的三角形顶点处连接微带线；
所述底层介质板长度长于所述顶层介质板的长度以及所述中间层介质板的长度，使得所述微带线处于裸露状态进行馈电；
所述金属贴片为金属圆形贴片；
通过调节所述金属通孔和所述金属贴片的尺寸以及周期形成特定频段的电磁带隙禁带；所述特定频段为期望调节的频段；
所述中间层介质板用于分隔所述顶层介质板和所述底层介质板，通过改变所述中间层介质板的材料和厚度以改变所述5G毫米波带通滤波器的等效介电常数，增大所述三角形谐振器以及所述理想磁导体的设计自由度，以及，使微带线灵活布局而不受所述金属贴片的影响；
通过调节所述三角形谐振器的耦合宽度和两个开口相向的三角形谐振器之间的间距，以调节所述5G毫米波带通滤波器的中心频率；
所述顶层介质板和所述中间层介质板均采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009、厚度为0.508mm的Rogers5880介质材料；所述底层介质板采用介电常数为3.38、损耗角正切为0.0027、厚度0.508mm的Rogers4003C介质材料。
2.根据权利要求1所述的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，其特征在于，所述顶层介质板、所述中间层介质板和所述底层介质板的宽度相同；
所述顶层介质板、所述中间层介质板和所述底层介质板通过粘接或螺丝固定在一起。
3.根据权利要求1所述的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，其特征在于，通过调节所述三角形谐振器的开口长度和所述三角形谐振器的开口边的宽度，以调节对所述5G毫米波带通滤波器的工作带宽。
4.根据权利要求1所述的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，其特征在于，所述理想磁导体用于增加所述三角形谐振器的等效电路中并联的电容和电感，形成基片集成间隙波导，以使得带外衰减更加陡峭。
5.根据权利要求1所述的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，其特征在于，通过调节所述中间层介质板的厚度或所述底层介质板的厚度，以调节工作带宽；其中，增大所述中间层介质板的厚度，以增加工作带宽；增大所述底层介质板的厚度，以降低工作带宽。
6.根据权利要求1所述的基于集成基片间隙波导的5G毫米波带通滤波器，其特征在于，当加工测试时，在所述底层介质板的下表面加装硬质材料，以防止所述底层介质板产生的形变对测试产生影响；所述硬质材料包括铅块。
CN202110520270.5A 2021-05-13 2021-05-13 基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器 Active CN113178669B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110520270.5A CN113178669B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110520270.5A CN113178669B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113178669A CN113178669A (zh) 2021-07-27
CN113178669B true CN113178669B (zh) 2022-05-24

Family

ID=76929821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110520270.5A Active CN113178669B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113178669B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101599564A (zh) * 2009-07-09 2009-12-09 华南理工大学 可控电磁耦合微带开口环谐振器滤波器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2350352A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-13 Linda P.B. Katehi Planar filters utilizing periodic elctro magnetic bandgap substrates
JP5162678B2 (ja) * 2010-02-26 2013-03-13 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ マッシュルーム構造を有する装置
CN106848517A (zh) * 2017-01-18 2017-06-13 云南大学 一种新型基片集成间隙波导的封装微带线结构
CN206976547U (zh) * 2017-06-15 2018-02-06 云南大学 Sigw弯曲微带线封装
CN209418761U (zh) * 2018-07-17 2019-09-20 云南大学 新型amc的宽带电磁偶极子天线
CN109860990B (zh) * 2019-04-10 2024-01-26 云南大学 基于集成基片间隙波导的宽带双极化天线
CN209747700U (zh) * 2019-05-17 2019-12-06 云南大学 新型isgw四功分器
CN110165400A (zh) * 2019-06-05 2019-08-23 云南大学 集成基片间隙波导馈电缝隙耦合超表面线极化天线

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101599564A (zh) * 2009-07-09 2009-12-09 华南理工大学 可控电磁耦合微带开口环谐振器滤波器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bandpass Filtering Power Divider With High Selectivity And Wide Stopband Based On Integrated Substrate Gap Waveguide;weida he等;《2021 International Conference on Electronics, Circuits and Information Engineering (ECIE)》;20210420;全文 *
Characteristics of A CPW Mushroom-Like Resonator and Its Application to Wideband EBG Filter;Shuhong Fu等;《Proceedings of International Symposium on Signals, Systems and Electronics (ISSSE2010)》;20101231;全文 *
一种基于Ｉ ＳＧＷ 的类交指型带通滤波器;阮志东等;《2019年全国天线年会论文集（下册）》;20190722;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113178669A (zh) 2021-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109301416B (zh) 悬置基片集成波导传输线
CN112332054B (zh) 一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器
CN107302344B (zh) 基于差分带通滤波器的双推式振荡器
US11682817B1 (en) W-band E-plane waveguide bandpass filter
JP2023536400A (ja) Ｌ字形スタブを付加したｈｍｃｓｉｗデュアルバンドパスフィルタ
CN110797614A (zh) 一种具有高次模抑制的小型化基片集成波导滤波器
CN110190371B (zh) 一种波导功分器
CN109638398B (zh) 具有宽阻带和高选择性的紧凑型带通滤波器
CN108923104B (zh) 高选择性基片集成间隙波导带通滤波器
CN202121040U (zh) 高缺陷共面波导双频滤波器
CN113178669B (zh) 基于集成基片间隙波导的5g毫米波带通滤波器
CN112670685A (zh) 一种小型化三角腔双层siw带通滤波器
CN109994806B (zh) 具有双传输零点和宽阻带的isgw宽频带通滤波器
CN109638395B (zh) 一种微带超宽带带通滤波器
US20220416384A1 (en) Dielectric filter and communication device
CN113488752B (zh) 一种基于c型谐振器的五陷波微型超宽带滤波器
CN209913004U (zh) 基于共面波导的宽阻带微波滤波器
Zeng et al. Compact microstrip low‐pass filter using complementary split ring resonators with ultra‐wide stopband and high selectivity
CN108963400B (zh) H形蘑菇状超宽带共模噪声抑制电路
CN110416674B (zh) 基于共面波导的单腔双频带微波滤波器
CN114267928B (zh) 一种w波段波导带通滤波器
CN210111008U (zh) 新型sigw宽带带通滤波器
CN111129674A (zh) 基于e型谐振器的三陷波超宽带带通滤波器
CN113922016A (zh) 一种滤波器及通信设备
CN113991272B (zh) 一种低成本基片集成波导、微波无源器件及制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant