CN115149231B - 基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器，由若干层的基板构成，每一层基板的正反两面均包含金属层，所述带阻滤波器的主体部分位于最中间的基板，最中间基板的顶层设置有传输线，所述传输线的正下方排列设置有两个双模谐振器，所述带阻滤波器的主体部分的上方和下方均设置有空气腔。本发明在实现四阶滤波响应的情况下，将体积缩小了一半，同时利用引入的空气腔，有效减小了介质损耗，使得所提出的滤波器能应用于频率较高的频段，解决了传统带阻滤波器在高频时辐射损耗较大、Q值较低的问题。

Description

基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器

技术领域

本发明涉及通信组件技术领域，尤其是一种基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器。

背景技术

带阻滤波器作为微波通信系统中的一个重要电路元件可用来抑制不想要的高频信号，由此来改善通信系统的性能。随着现代通信系统的不断发展，不仅需要更加小型化的带阻滤波器，对于带阻滤波器的插入损耗、制作成本及阻带特性等方面也都提出了越来越高的要求。

在传统的滤波器设计中，通常采用在一根传输线上耦合多个谐振器的设计方案。并且要求沿传输线排列的谐振器需要间隔四分之一个波长的奇数倍的距离，所以带阻滤波器的尺寸通常比较大。同时为了使所设计的带阻滤波器能有效抑制杂散信号，需要所设计的带阻滤波器具有较高的阻带抑制，因此不可避免的要耦合多个谐振器，这将使得所设计的带阻滤波器占用更大的体积。这使其无法适用于日益小型化的通信系统之中。

有多种技术被提出用来改善此问题。如提出了互补开口谐振环或电磁带隙等亚波长结构作为带阻滤波器的谐振单元。这些技术的实施方法是将开口谐振或电磁带隙环刻蚀在传输线正下方的地板上。由于这些结构的尺寸比传统的半波长谐振器小，起到了一定小型化的作用。但最终为了实现更高的抑制，在传输线下方排列了多个开口谐振环或是电磁带隙谐振单元，导致最后小型化的效果并不显著。

并且，为了使所设计的带阻滤波器具有更广泛的应用场景，需要其不仅能应用于较低的频段，也要在较高的频段拥有良好的性能。但传统微带带阻滤波器在高频时具有较大的辐射损耗，且谐振器的Q值较低，这将导致所设计的带阻滤波器无法拥有较低的损耗和较好的阻带抑制。基片集成波导谐振器虽能在高频段具有较低的辐射损耗和较高Q值，但运用其构成的带阻滤波器的体积都过大。因此，需要一种适用于高频段带阻滤波器的制作技术。

综上所述，在传统的滤波器设计方案中，制作一款具有小型化优势，且能够在高频段具有低损耗、高Q值的带阻滤波器是具有一定困难的。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供一种基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器：由若干层的基板构成，每一层基板的正反两面均包含金属层，所述带阻滤波器的主体部分位于最中间的基板，最中间基板的顶层设置有传输线，所述传输线的正下方排列设置有两个双模谐振器，所述带阻滤波器的主体部分的上方和下方均设置有空气腔。

优选方案为，临近最中间基板的上下两层基板中，其中间部分被掏空，形成矩形的空气腔。

优选方案为，所述基板的层数为5层，由上至下分别为Sub1-Sub5。

优选方案为，所述基板Sub1-Sub5上均对应设置有金属化通孔和螺纹孔。

优选方案为，所述金属化通孔环绕设置在空气腔四周，不同层基板上的金属化通孔和螺纹孔位置一一对应，以便于将多层基板固定在一起。

优选方案为，所述最中间基板上的顶层金属刻蚀形成一根具有阶跃阻抗的传输线。

优选方案为，所述基板采用Rogers5880基板，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。

优选方案为，最顶层基板的底层金属和最底层基板上的顶层金属，所设置的金属层，分别可与空气腔四周的金属化通孔一起构成屏蔽腔。

本发明的工作原理是：虽然该带阻滤波器采用了在一根传输线上耦合谐振器的设计方案，但是创造性的采用了双模谐振器，即一个谐振器可代替原有的两个谐振器。且该带阻滤波器共耦合了两个双模谐振器，在达到传统四阶带阻滤波器的滤波响应的情况下，体积为原来的一半，成功解决了传统带阻滤波器尺寸较大的问题。

由于该带阻滤波器是基于基片集成悬状线的，使得该带阻滤波器的主体部分的上方和下方都有一个空气腔，带阻滤波器在工作时，传输线和双模谐振器的场都主要分布在空气腔中，有效减小了介质损耗，使得该带阻滤波器具有低损耗的优势。同时，最顶层和最底层的完整的基板及空气腔四周的金属化通孔一起构成了一个屏蔽腔，并将带阻滤波器的主体部分都置于屏蔽腔中，将大部分的辐射损耗都消除了，使得其能够工作在频率较高的频段，有效拓宽了该带阻滤波器的应用场景。

本发明的有益效果：

1. 本发明采用双模谐振器作为谐振器，并且由于在传输线上排列了两个双模谐振器，在实现四阶滤波响应的情况下，将体积缩小了一半；

2. 采用基片集成悬状线技术来制作该带阻滤波器，利用该技术引入的空气腔，有效减小了介质损耗，使得本发明具有较低的损耗；

3. 采用基片集成悬状线技术所引入的屏蔽腔能够将带阻滤波器的主体部分都置于其中，消除了大部分的辐射损耗，使得所提出的滤波器能应用于频率较高的频段，解决了传统带阻滤波器在高频时辐射损耗较大、Q值较低的问题。

附图说明

图1为基于基片集成悬状线的双模带阻滤波器的三维结构图；

图2为该滤波器主体部分的俯、仰视图及参数示意图；

图3为该滤波器的侧视图；

图4为该滤波器中每层基板的加工实物图；

附图标记：

其中，1，空气腔；2，螺丝孔；3，金属化通孔；4，传输线；5，双模谐振器；6，基板；7，底层金属；8，顶层金属。

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。

实施例1：如图1所示，基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器，共有五层基板构成，具体为五层印刷电路板（PCB），由上而下分别为Sub1-Sub5，每层基板的正反两面均包含金属层，分别为有底层金属7和顶层金属8，总共有10层金属层G1-G10。

如图2所示，该带阻滤波器的主体部分在最中间的基板Sub3上，包括设置在于基板Sub3顶层用于输入输出的传输线4，以及位于传输线4正下方分布的两个双模谐振器5。该带阻滤波器主体部分的上方和下方均设置有空气腔1。作为具体的，基板Sub2和基板Sub4的中间部分被掏空，掏空部分为矩形，可构成该带阻滤波器主体部分上下的空气腔1。

本实施例的双模带阻滤波器，由于是基于基片集成悬状线的，使得该带阻滤波器的主体部分的上方和下方都有一个空气腔，带阻滤波器在工作时，传输线和双模谐振器的场都主要分布在空气腔中，有效的减少了介质损耗，使得该带阻滤波器具有低损耗的优势。

作为优先的实施例，所述基板Sub1-Sub5上均对应设置有金属化通孔3和螺纹孔2，可将多层基板固定在一起。

作为优选的实施例，所述基板Sub2和Sub4上的金属化通孔3环绕设置在空气腔1的四周，其他基板上的金属化通孔3和螺纹孔2的位置与之一一对应，便于安装和固定。进一步的，最顶层基板Sub1和最底层基板Sub5上所设置的金属层，且在其上下表面均有完整的底层金属7和顶层金属8，可与空气腔1四周的金属化通孔3一起构成屏蔽腔。该实施例中的带阻滤波器的主体部分都置于屏蔽腔中，将大部分的辐射损耗进行了消除，使得其能够工作在频率较高的频段，有效拓宽了该带阻滤波器的使用场景。

下面为具体的小型化双模带阻滤波器结构描述，参见图1中灰色阴影部分。电路基板采用Rogers5880基板，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，每层基板的厚度如图3所示，具体尺寸见表1：

表1. 基于基片集成悬状线的双模带阻滤波器（单位：mm）

通过刻蚀基板Sub3的顶层金属8，形成一根具有阶跃阻抗的传输线4。

工作过程：信号通过传输线4输入到滤波器中，由于传输线4与两个双模谐振器5之间是相互耦合的，当信号的频率与双模谐振器的谐振频率相同时，该信号会被耦合到两个双模谐振器中并且只有很小的一部分回到传输线；而其他频率的信号则直接通过传输线输出，由此实现将不想要的信号滤除的功能。

在其他实施例中，基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器，还可以有七层印刷电路板（PCB）构成，由上而下分别为Sub1-Sub7，与实施例1所不同的是，可再多出的两层基板上，再设置两层空气腔。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B''表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器，由若干层的基板（6）构成，每一层基板的正反两面均包含金属层，其特征在于，所述带阻滤波器的主体部分位于最中间的基板，最中间基板的顶层设置有传输线（4），最中间基板底层排列设置有两个双模谐振器（5），所述双模谐振器（5）设置在所述传输线（4）的正下方，所述带阻滤波器的主体部分的上方和下方均设置有空气腔（1），所述基板的层数为5层，由上至下分别为Sub1-Sub5，所述基板Sub1-Sub5上均对应设置有金属化通孔（3）和螺纹孔（2），所述金属化通孔（3）环绕设置在空气腔（1）四周；

所述最中间基板上的顶层金属刻蚀形成一根具有阶跃阻抗的传输线（4）；

最顶层基板的底层金属和最底层基板上的顶层金属，与空气腔（1）四周的金属化通孔（3）一起构成屏蔽腔；

临近最中间基板的上下两层基板，其中间部分被掏空，形成矩形的空气腔（1）。

2.如权利要求1所述的基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器，其特征在于，不同层基板上的金属化通孔（3）和螺纹孔（2）位置一一对应。

3.如权利要求1-2任一所述的基于基片集成悬状线的小型化双模带阻滤波器，其特征在于，所述基板（6）采用Rogers5880基板，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。