CN114335937A - 基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器 - Google Patents

基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN114335937A
CN114335937A CN202111559215.3A CN202111559215A CN114335937A CN 114335937 A CN114335937 A CN 114335937A CN 202111559215 A CN202111559215 A CN 202111559215A CN 114335937 A CN114335937 A CN 114335937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric plate
air
cavity
electromagnetic coupling
layer
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.)
Granted
Application number
CN202111559215.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114335937B (zh
Inventor
羌静霞
许锋
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.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing University of Posts and Telecommunications
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 Nanjing University of Posts and Telecommunications filed Critical Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202111559215.3A priority Critical patent/CN114335937B/zh
Publication of CN114335937A publication Critical patent/CN114335937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114335937B publication Critical patent/CN114335937B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，是由上层介质板、中层介质板、下层介质板组成的三层结构滤波器；在下层介质板上均匀排列有慢波金属通孔，引入慢波效应，使电场集中在中层介质板的空气腔中。在基片集成波导中用空气填充代替介质填充，可以大大减小损耗，提高Q值，并引入慢波效应实现小型化设计。通过在相邻两个空腔的上方蚀刻一个H形槽线，在其通带外的上频带和下频带各产生了一个传输零点，从而提高了滤波器的频率选择特性。本发明在保持三层结构自封装性和高集成度的同时，提高了滤波器的频率选择性，降低了插入损耗，缩减了尺寸，为以后研究紧凑且高性能的SW‑ESIW耦合型器件提供了重要的基础。

Description

基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体的说是一种基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器。
背景技术
随着现代技术的迅速发展，无线通信技术正在向小型化，高性能和高集成方向发展。基片集成波导因其高Q值、低损耗、易于集成等特点，广泛应用于微波电路中。随着电路的发展，特别是在高频中，介质的存在限制了器件的性能，衬底的损耗增加了插入损耗并降低了质量因数。为了解决这一问题，在基片集成波导中去除介质，形成空气波导，保持了其低成本、低剖面的优点。因此，高Q值的基片集成电路的应用研究，对实现高性能的现代微波毫米波无源器件和有源电路,不仅具有重要的理论价值还具有工程实际意义。
现有技术中授权公告号为：CN110718732B，名称为一种用于改善微波无源器件性能的基片集成慢波空波导，公开了一种三层结构的滤波器，只能单独进行电耦合或磁耦合，不能混用，具有一定的局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用基片集成空波导，在保持基片集成空波导优点的同时，结合慢波效应，克服了高Q值与小型化难以结合的问题，实现电磁耦合结构在基片集成慢波空波导中的应用。本发明使用的方法是在基片集成空波导基础上，在下层介质板中均匀排列金属通孔，使电场集中在中间层空气谐振腔中，而磁场仍分布在整个结构中，使得纵向与横向的尺寸同时减小；同时通过在上层介质板的底层金属层蚀刻H形槽线，实现空腔慢波结构下的电磁混合耦合。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明是基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，包括上层介质板、中层介质板和下层介质板，介质板均包括顶层金属层、中间介质层和底层金属层，下层介质板的底层金属层和中间介质层上分布有间距均匀的慢波金属通孔，慢波金属通孔分布位置与中层介质板的空气腔对应；
中层介质板在中间位置设置有由4个空气谐振腔和2个空气过渡腔组成的空气腔，4个空气谐振腔由十字形结构隔开，十字形结构每一面均覆盖金属，馈电端口是从中层介质板到空气过渡腔的锥形过渡结构进行阻抗匹配，中层介质板的顶层金属层由两个金属微带分别从左右两端进行馈电，并分别与左右两个锥形过渡结构相连；
在上层介质板的底层金属层上开设有H形槽线，H形槽线在中层介质板上的投影处于第二空气谐振腔和第三空气谐振腔中间。通过在相邻两个空腔的上方蚀刻一个H形槽线，在其通带外的上频带和下频带各产生了一个传输零点，从而提高了滤波器的频率选择特性。
本发明的进一步改进在于：上层介质板和下层介质板的长度小于中层介质板，中层介质板和下层介质板的厚度和宽度一致，上层介质板和下层介质板的宽度和长度一致。
本发明的进一步改进在于：在十字形结构、上层介质板和下层介质板与十字形结构对应位置上均设置有4个小螺丝通孔。
本发明的进一步改进在于：在上层介质板、中层介质板和下层介质板上均设置有数个旋入螺钉的通孔。
本发明的进一步改进在于：下层介质板的底层金属层为地。
本发明的进一步改进在于：空气腔的侧壁除锥形过渡结构之外均为电壁。
本发明的有益效果是：相比于传统的基片集成波导电磁耦合滤波器，该滤波器实现了更高Q值和更低的插入损耗和很高的频率选择性；相比于传统的基片集成空波导结构，该滤波器结构更为紧凑，实现了30％的尺寸缩减。本发明在基片集成慢波空波导的基础上，实现了高频率选择性的混合电磁耦合滤波器的结构，实现了高Q值与小型化的结合，更适合应用于复杂度更高的小型化、高Q值、低损耗、高频率选择性等多方面要求严格的微波电路系统中。
附图说明
图1是本发明基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器的俯视图。
图2是本发明基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器的三维剖分图。
图3是本发明基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器的中层介质板俯视图。
图4是本发明基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器的S参数仿真图。其中，1-上层介质板,2-中层介质板，3-下层介质板，4-H形槽线，5-十字形结构，6-第一空气谐振腔，7-第二空气谐振腔，8-第三空气谐振腔，9-第四空气谐振腔，10-第一空气过渡腔，11-第二空气过渡腔，12-锥形过渡结构，13-金属微带，14-慢波金属通孔15-地。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更能轻易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为明确清晰的界定。但这些实施例是例证性的，它们仅用来对本发明做具体描述，不应当理解为对本发明的限制。
本发明是一种基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，包括上层介质板1、中层介质板2和下层介质板3，三层介质板周围均匀分布用于旋入螺钉的通孔，方便后续的测量；三层介质板均采用Rogers 4003C介质板，介电常数为3.55，损耗角正切为0.027，厚度为0.813mm。下层介质板3在中层介质板2中间空气腔正下方设置均匀间距的慢波金属通孔14，下层介质板3的顶层与中层介质板空气腔外侧对应的位置覆盖有金属，形成了下层介质板3的顶层金属层，下层介质板3的底层金属层为地15。下层介质板3的顶层与中层介质板的空气腔外侧相对应的位置覆盖有金属，形成了下层介质板3的顶层金属层。
中层介质板2在其中间形成了空气腔，空气腔包括4个空气谐振腔和2个空气过渡腔，即，第一空气谐振腔6、第二空气谐振腔7、第三空气谐振腔8、第四空气谐振腔9、第一空气过渡腔10和第二空气过渡腔11，第二空气谐振腔7和第三空气谐振腔8处于第一空气过渡腔10和第四空气谐振腔9上方，且4个空气谐振腔通过十字形结构5隔开，十字形结构5的每个面都覆盖金属，并在十字形结构5上设置4个小螺丝通孔，用来固定十字形结构5的位置。两个空气过渡腔与第一空气谐振腔6和第四空气谐振腔9处于同一排，且两个空气过渡腔处于外侧，馈电端口是从介质板到空气过渡腔的锥形过渡结构12进行阻抗匹配，空气腔的侧壁除了馈电的锥形过渡结构12附近均为电壁，即全部为金属；中层介质板2顶层金属层由两个金属微带13分别从左右两端进行馈电，并分别与中层介质板2的中间介质层上的左右两个锥形过渡结构12相连，中层介质板2的底部除挖空部分全部覆盖金属，形成了中层介质板2的底层金属层。
上层介质板1包括中间介质层、底层金属层和顶层金属层，在上层介质板1的底层金属层上蚀刻有H形槽线4，通过H形槽线4，实现空腔慢波结构下的电磁混合耦合。H形槽线4处于第二空气谐振腔7和第三空气谐振腔8之间，本发明通过在相邻两个谐振腔的上方蚀刻一个H形槽线4，在其通带外的上频带和下频带各产生了一个传输零点，从而提高了滤波器的频率选择特性。其他部分覆盖金属。
本发明通过在下层介质板3上设置的慢波金属通孔14，在波导中形成慢波效应，在不改变磁场分布的情况下，把电场集中在中层介质板2的空气腔内，达到了保持高Q值的同时，减小了该波导横向与纵向的尺寸，最终实现了高Q值与小型化的结合。
相同工作频率的基片集成空腔波导混合电磁耦合滤波器的插损为1.5dB，本发明的基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器插损为0.85dB，减小了0.65dB。
金属微带13通过锥形过渡结构12接入基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器的中层介质板，作为波导的输入端口。为了更好的阻抗匹配，锥形过渡结构12呈指数分布渐变，末端为圆弧形。
图4为基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器的S参数的仿真结果。基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，工作频率为7.75-8.12GHz，中心频率为7.94GHz，-3dB的相对带宽为4.6％。通带内插入损耗最优值为0.85dB，回波损耗均大于15dB。本发明的基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器大大降低损耗，提高了传输性能，在其通带外的上频带和下频带各产生了一个传输零点，从而提高了滤波器的频率选择特性。与同性能的基片集成空波导多层滤波器相比尺寸减小了30％，实现了结构的紧凑和低损耗高Q值的结合。
以上，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，包括上层介质板、中层介质板和下层介质板，每层介质板均包括顶层金属层、中间介质层和底层金属层，其特征在于：下层介质板的底层金属层和中间介质层上分布有间距均匀的慢波金属通孔，所述慢波金属通孔分布位置与中层介质板的空气腔对应；
中层介质板在中间位置设置有由4个空气谐振腔和2个空气过渡腔组成的空气腔，4个空气谐振腔由十字形结构隔开，十字形结构每一面均覆盖金属，馈电端口是从中层介质板到空气过渡腔的锥形过渡结构进行阻抗匹配，中层介质板的顶层金属层由两个金属微带分别从左右两端进行馈电，并分别与左右两个锥形过渡结构相连；
在上层介质板的底层金属层上开设有H形槽线，H形槽线在中层介质板上的投影处于第二空气谐振腔和第三空气谐振腔中间。
2.根据权利要求1所述基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，其特征在于：所述上层介质板和下层介质板的长度小于中层介质板，中层介质板和下层介质板的厚度和宽度一致，上层介质板和下层介质板的宽度和长度一致。
3.根据权利要求1所述基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，其特征在于：在所述十字形结构、所述上层介质板和下层介质板与十字形结构对应位置上均设置有4个小螺丝通孔。
4.根据权利要求1所述基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，其特征在于：在所述上层介质板、中层介质板和下层介质板上均设置有数个旋入螺钉的通孔。
5.根据权利要求1所述基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，其特征在于：所述下层介质板的底层金属层为地。
6.根据权利要求1所述基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器，其特征在于：空气腔的侧壁除所述锥形过渡结构之外均为电壁。
CN202111559215.3A 2021-12-20 2021-12-20 基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器 Active CN114335937B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111559215.3A CN114335937B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111559215.3A CN114335937B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114335937A true CN114335937A (zh) 2022-04-12
CN114335937B CN114335937B (zh) 2023-05-09

Family

ID=81053581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111559215.3A Active CN114335937B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114335937B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009023551A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-19 Arizona Board Of Regents And On Behalf Of Arizona State University Hybrid integrated mems reconfigurable antenna array (himra)
CN105098301A (zh) * 2015-07-23 2015-11-25 南京航空航天大学 一种基于siw加载h型缝隙结构的双通带滤波器
CN105552487A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 上海大学 基于双层siw的双通带微波滤波器
CN110718732A (zh) * 2019-10-28 2020-01-21 南京邮电大学 一种用于改善微波无源器件性能的基片集成慢波空波导
CN112952318A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 南京邮电大学 基于折叠基片集成波导谐振腔的四阶交叉耦合带通滤波器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009023551A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-19 Arizona Board Of Regents And On Behalf Of Arizona State University Hybrid integrated mems reconfigurable antenna array (himra)
CN105098301A (zh) * 2015-07-23 2015-11-25 南京航空航天大学 一种基于siw加载h型缝隙结构的双通带滤波器
CN105552487A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 上海大学 基于双层siw的双通带微波滤波器
CN110718732A (zh) * 2019-10-28 2020-01-21 南京邮电大学 一种用于改善微波无源器件性能的基片集成慢波空波导
CN112952318A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 南京邮电大学 基于折叠基片集成波导谐振腔的四阶交叉耦合带通滤波器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANG JIANG YOU等: "Single-Layered SIW Post-Loaded Electric Coupling-Enhanced Structure and Its Filter Applications", 《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114335937B (zh) 2023-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2341758C (en) Multilayer dielectric evanescent mode waveguide filter
CN111883914B (zh) 基于siw馈电的具有滤波特性的介质谐振器宽带天线
CN109301416B (zh) 悬置基片集成波导传输线
CN106654497B (zh) 小型化宽带慢波半模基片集成波导耦合器及其设计方法
CN110797614B (zh) 一种具有高次模抑制的小型化基片集成波导滤波器
CN112290182B (zh) 一种基于基片集成同轴线的双频功分器
CN101217207B (zh) 基片集成波导双模椭圆响应滤波器
CN110718732B (zh) 一种用于改善微波无源器件性能的基片集成慢波空波导
CN115458883A (zh) 一种高次模基片集成波导双通带圆形腔滤波器
CN110752430B (zh) 小型化慢波半模基片集成波导e面耦合器
CN204067529U (zh) 一种平面cq带通滤波器
WO2021214870A1 (ja) インピーダンス変換器とその製造方法
KR100764604B1 (ko) 그라운드판을 가진 비방사마이크로스트립선로
CN114335937A (zh) 基片集成空腔慢波混合电磁耦合滤波器
CN104134837B (zh) 一种平面cq带通滤波器
CN104466316A (zh) 一种2x波段缺陷接结构-半模基片集成波导滤波器
CN114171864A (zh) 基于基片集成慢波空波导的多层滤波器
Zhang Miniaturized and harmonics‐rejected slow‐wave branch‐line coupler based on microstrip electromagnetic bandgap element
CN111162357B (zh) 基于双层基片集成波导的多层双通带小型滤波器
CN201178125Y (zh) 基片集成波导双模椭圆响应滤波器
CN115347339B (zh) 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器
Karami et al. A Ku-band SIW diplexer-power divider
CN114361754B (zh) 一种x波段磁控频率可调的定向耦合器
CN114069175B (zh) 一种基于奇偶模分析的hmsiw多通带带通滤波器
CN113839158B (zh) 一种四模介质波导滤波器

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