CN115173018A - 适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构，包括馈线层，包括第一馈线和第二馈线；谐振层，设置在馈线层下，且所述谐振层包括与所述第一馈线耦合的第一谐振器、与所述第二馈线耦合的第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器之间设置有第三谐振器，且所述第三谐振器分别与所述第一谐振器和所述第二谐振器耦合；其中，所述第三谐振器具有与所述第一谐振器和第二谐振器不同的高次谐波；衬底层，设置在所述谐振层下，包括金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层通过金属过孔与谐振层相连；采用所述结构的滤波器具有宽阻带、宽通带、占用版图面积小、对外电磁辐射低的优点。

Description

适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构
技术领域
本发明涉及谐振器技术领域，更为具体地是特别涉及一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构。
背景技术
随着第五代通信系统的商用和普及，通信系统的工作频段提升至毫米波频段，这对通信系统中的毫米波无源滤波器提出了新的挑战。较上一代通信系统，现代通信系统工作频段更宽，需要滤波器具有更宽的通带；通信系统工作频率更高，接收的噪声更多，需要滤波器对带外杂波具有更强的抑制能力。并且，为了使滤波器被更加容易地集成在通信系统中，滤波器也应当尽可能缩小版图面积，尽可能降低对其它元器件的电磁干扰。
现有毫米波无源滤波器技术方案几乎都采用SIW(基片集成波导)结构。采用SIW结构的滤波器虽然具有较低的插入损耗、较高的选择性，但通带较窄、对带外杂波抑制的能力较差、占用版图面积较大，仍然存在诸多缺点。
因此，急需要能够解决上述问题的一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构。
发明内容
为了解决现有问题，本发明提供一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构，采用缺陷接地结构的滤波器具有宽阻带、宽通带、占用版图面积小的优点。
第一方面，本发明提供了一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构，包括：
馈线层，包括第一馈线和第二馈线；所述第一馈线具有靠近所述第二馈线的第一端部，所述第二馈线具有靠近所述第一馈线的第二端部；
谐振层，设置在馈线层下，且所述谐振层包括与所述第一端部耦合的第一谐振器、与所述第二端部耦合的第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器之间设置有第三谐振器，且所述第三谐振器分别与所述第一谐振器和所述第二谐振器耦合；其中，所述第三谐振器具有与所述第一谐振器和第二谐振器不同的高次谐波；衬底层，设置在所述谐振层下。
在本申请的部分实施例中，所述谐振器结构还包括设置在所述衬底层背离所述谐振层一侧的金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层上设置有多个金属过孔，所述金属过孔贯穿设置到所述衬底层靠近所述谐振层的一侧，且所述多个金属过孔设置在所述谐振层和所述馈线层的两侧。采用所述结构的滤波器具有宽阻带、宽通带、占用版图面积小、对外电磁辐射低的优点。
在本申请的实施例中，两侧的金属过孔具有第一间距，所述第一间距用于控制所述金属屏蔽层对电磁波的束缚强度。金属屏蔽层对电磁波的束缚能力由金属过孔间的距离决定，金属过孔间的距离越小，对电磁波的束缚能力越强。
在本申请的部分实施例中，所述第一端部设置有T形端头，所述T形端头和所述第一谐振器适配连接；并且所述第二端部设置有T形端头，所述T形端头和所述第二谐振器适配连接。T形传输线与谐振器结构间的耦合强度主要由T形传输线的物理尺寸决定，面积越大，耦合强度越强。增加T形传输线与谐振器间的耦合强度可以降低滤波器通带的插入损耗。
在本申请的部分实施例中，所述第一端部和第二端部上设置有低通滤波器单元，且所述低通滤波器单元的截止频率高于所述低通滤波器单元的中心频率。
在本申请的实施例中，所述第一谐振器为C形谐振器，且所述第一谐振器和所述第二谐振器结构相同。
在本申请的实施例中，所述第三谐振器的数量为一个或多个，且所述第三谐振器串接耦合在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间。
在本申请的部分实施例中，所述第三谐振器为矩形谐振器。在本申请部分实施例中，所述第三谐振器为哑铃形谐振器。
第二方面，本申请还提供一种集成结构，包括上述的谐振器结构。
本发明的有益效果是：本发明提供一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构及集成结构，包括馈线层，包括第一馈线和第二馈线；所述第一馈线具有靠近所述第二馈线的第一端部，所述第二馈线具有靠近所述第一馈线的第二端部；谐振层，设置在馈线层下，且所述谐振层包括与所述第一端部耦合的第一谐振器、与所述第二端部耦合的第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器之间设置有第三谐振器，且所述第三谐振器分别与所述第一谐振器和所述第二谐振器耦合；其中，所述第三谐振器具有与所述第一谐振器和第二谐振器不同的高次谐波；衬底层，设置在所述谐振层下，包括金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层通过金属过孔与谐振层相连。采用所述结构的滤波器具有宽阻带、宽通带、占用版图面积小、对外电磁辐射低的优点。
附图说明
图1为本发明的谐振器结构的第一示意图；
图2为本发明的谐振器结构的第一剖面图；
图3为本发明的谐振器结构的第二示意图；
图4为本发明的谐振器结构的第二剖面图；
图5为本发明的实施例1的滤波器的仿真结果S参数图；
图6为本发明的实施例1中滤波器的电磁辐射率仿真结果曲线图；
图7为本发明的实施例2中滤波器的仿真结果S参数图；
图8为本发明的图1的另一示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、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，而不是全部的施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、内”、“外”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，仅是为便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。此外，语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理的最广范围相一致。
需要解释的是，现有的技术方案大多采用传统的SIW结构。部分现有技术方案通过加入多个级联的谐振器，在通带中添加极点，达成较宽的通带；通过加入超大的SIW谐振腔，使由高模提供的跨耦合将高次谐波推向距离通带更远的位置，达成较宽的阻带。但是这种技术方案阻带较窄，仅拓展到中心频率的1.55倍；该技术方案占用版图面积较大，达到123.9平方毫米。
更进一步，部分现有技术方案采用双层SIW结构，两个谐振器分别处于不同的介质层，在垂直方向上进行耦合。由于垂直耦合较弱，高次谐波可以被有效抑制，较传统的SIW滤波器能够达成更宽的阻带。立体结构允许谐振器具有相互重叠的部分，有效降低版图占用面积。但是由于立体结构间耦合较弱，该技术方案通带非常狭窄。同时，该技术方案需要介质板采用错层结构堆叠，加工难度大，难以集成于通信系统中。
另外，部分现有技术方案采用传统的SIW结构，并在SIW结构的上层金属刻蚀阶跃阻抗谐振器。滤波器的工作频率远低于波导的截止频率，滤波器的中心频率由阶跃阻抗谐振器决定。通过改变阶跃阻抗谐振器的位置可以改变耦合系数，通过增加内部电感可以进一步缩小阶跃阻抗谐振器的面积。但是由于SIW对于高次谐波抑制能力较弱，该技术方案并未采取措施加强带外抑制，阻带仅达到中心工作频率的1.2倍。
因此，本发明需要解决的问题是：在保证宽通带的情况下实现超宽阻带、在保证滤波器小型化的基础上降低对外电磁辐射的强度。
本申请的实施例中：请参阅图1至图7，一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构，包括馈线层，包括第一馈线和第二馈线；所述第一馈线具有靠近所述第二馈线的第一端部，所述第二馈线具有靠近所述第一馈线的第二端部；谐振层，设置在馈线层下，且所述谐振层包括与所述第一端部耦合的第一谐振器、与所述第二端部耦合的第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器之间设置有第三谐振器，且所述第三谐振器分别与所述第一谐振器和所述第二谐振器耦合；其中，所述第三谐振器具有与所述第一谐振器和第二谐振器不同的高次谐波；衬底层，设置在所述谐振层下，包括金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层通过金属过孔与谐振层相连。采用所述结构的滤波器具有宽阻带、宽通带、占用版图面积小、对外电磁辐射低的优点。
谐振层中的结构，所述第一谐振器和第二谐振器分别与所述第一端部和第二端部直接耦合，所述第三谐振器与所述第一和第二谐振器直接耦合，但都不与所述第一和第二端部直接耦合。利用这样的结构，可以容易地在通带内插入三个甚至多个极点，形成宽通带；可以通过调整各谐振器高次谐波的位置，使它们的高次谐波相互抑制，形成宽阻带。所述谐振器结构具有较强的通用性，通过加入和替换不同的谐振器，可以实现不同的特性和功能。
所述谐振器结构还包括设置在所述衬底层背离所述谐振层一侧的金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层上设置有多个金属过孔，所述金属过孔贯穿设置到所述衬底层靠近所述谐振层的一侧，且所述多个金属过孔设置在所述谐振馈线层的两侧。利用这样的结构，可以有效抑制对外电磁辐射。
两侧的金属过孔具有第一间距，所述第一间距用于控制所述金属屏蔽层对电磁波的束缚强度。金属屏蔽层对电磁波的束缚能力由金属过孔间的距离决定，金属过孔间的距离越小，对电磁波的束缚能力越强。
在本申请的部分实施例中，所述第一端部设置有T形端头，所述T形端头和所述第一谐振器适配连接；并且所述第二端部设置有T形端头，所述T形端头和所述第二谐振器适配连接。T形传输线与谐振器结构间的耦合强度主要由T形传输线的物理尺寸决定，面积越大，耦合强度越强。增加T形传输线与谐振器间的耦合强度可以降低滤波器通带的插入损耗。
在本申请的部分实施例中，所述第一端部和第二端部上设置有低通滤波器单元，且所述低通滤波器单元的截止频率高于其中心频率。
在本申请的实施例中，所述第一谐振器为C形谐振器，且所述第一谐振器和所述第二谐振器结构相同。需要说明的是，第一谐振器不限于C形，也可以为E形等其他类型的谐振器。
在本申请的实施例中，所述第三谐振器的数量为一个，且所述第三谐振器串接耦合在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间。需要说明的是，第三谐振器不仅可以为一个还可以为多个。
在本申请的部分实施例中，所述第三谐振器为矩形谐振器。在本申请的部分实施例中，所述第三谐振器为哑铃形谐振器。需要说明的是，第三谐振器不限于所述的谐振器类型，还可以为其他类型的谐振器.
第二方面，本申请还提供一种集成结构，包括上述的谐振器结构。可以集成到芯片中也可以广泛用于其他种类的无源器件中。
实施例1：如图1和图2所示，该谐振器结构的谐振层中，两个C形谐振器分别于馈线直接耦合，矩形谐振器与所述C形谐振器相耦合。三个谐振器共能在通带中引入三个极点，形成宽通带。由于所述C形谐振器和所述矩形谐振器的高次谐波处于不同位置，故达成了良好的相互抑制，形成了宽阻带。滤波器的通带中心频率由两种谐振器的物理尺寸共同决定，通过增加L1和L2可以降低滤波器的中心频率。谐振器的耦合强度主要由谐振器间的距离决定。适当增加W1可以使耦合强度增强，耦合强度越强通带越窄。在调整谐振器物理尺寸的同时也会影响带外高次谐波的位置，需要尽可能避免各谐振器的高次谐波相互重合。该谐振器结构还包括设置在衬底层背离谐振层一侧的金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层上设置有多个金属过孔，所述金属过孔贯穿设置到所述衬底层靠近所述谐振层的一侧，且所述多个金属过孔设置在所述谐振馈线层的两侧。利用这样的结构，可以有效抑制对外电磁辐射。屏蔽层对电磁波的束缚能力由过孔间的距离决定，过孔间的距离越小，对电磁波的束缚能力越强。
实施例2：在实施例1的基础上，如图3和图4所示，在馈线末端添加阶跃阻抗变化的T形传输线可以显著提升馈线与谐振器结构的耦合强度。T形传输线与谐振器结构间的耦合强度主要由T形传输线的物理尺寸决定，面积越大，耦合强度越强。增加T形传输线与谐振器间的耦合强度可以降低滤波器通带的插入损耗。在输入和输出端添加低通滤波器单元可以有效抑制高次谐波，延长阻带。添加的低通滤波器单元的截止频率应当高于滤波器的中心频率。除如图3所示添加缺陷地低通滤波器单元外，亦可在馈线上添加微带低通滤波器单元。
由实施例1得出，在实施例1中滤波器衬底结构采用的基板由上至下分别为：厚度为0.127毫米的RT5880基板、厚度为0.102毫米的RO4450F基板、厚度为0.254毫米的RT5880基板。仿真测试结果如图5所示。仿真结果表明，该滤波器中心频率为28.3GHz，相对带宽为9.9％，阻带能够延伸至基频的2.35倍以上，具有较宽的通带和宽阻带。由于具有屏蔽层结构，实施例1中的滤波器的电磁辐射率较未添加屏蔽层结构时显著降低。实施例1中滤波器的电磁辐射率仿真结果曲线图如图6所示。
由实施例2得出，在实施例2中滤波器衬底结构采用的基板由上至下分别为：厚度为0.127毫米的RT5880基板、厚度为0.102毫米的RO4450F基板、厚度为0.254毫米的RT5880基板。仿真测试结果如图7所示。仿真结果表明，该滤波器中心频率为7.6GHz，相对带宽为47.3％，插入损耗小于0.6dB，阻带能够延伸至基频的5.2倍以上(未添加低通滤波器单元时仅能延伸至基频的3.9倍)，具有宽通带和宽阻带。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考，但与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
以上对本申请实施例所提供的基于SSD的特征融合与深度可分离卷积相结合的一种目标检测方法、系统及装置进行了详细介绍，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 (9)

1.一种适用于毫米波段无源滤波器的谐振器结构，其特征在于，包括
馈线层，包括第一馈线和第二馈线；所述第一馈线具有靠近所述第二馈线的第一端部，所述第二馈线具有靠近所述第一馈线的第二端部；
谐振层，设置在馈线层下，且所述谐振层包括与所述第一端部耦合的第一谐振器、与所述第二端部耦合的第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器之间设置有第三谐振器，且所述第三谐振器分别与所述第一谐振器和所述第二谐振器耦合；其中，所述第三谐振器具有与所述第一谐振器和第二谐振器不同的高次谐波；
衬底层，设置在所述谐振层下。
2.根据权利要求1所述的谐振器结构，其特征在于，所述谐振器结构还包括设置在所述衬底层背离所述谐振层一侧的金属屏蔽层，且所述金属屏蔽层上设置有多个金属过孔，所述金属过孔贯穿设置到所述衬底层靠近所述谐振层的一侧，且所述多个金属过孔设置在所述谐振层和所述馈线层的两侧。
3.根据权利要求2所述的谐振器结构，其特征在于，两侧的金属过孔具有第一间距，所述第一间距用于控制所述金属屏蔽层对电磁波的束缚强度。
4.根据权利要求1所述的谐振器结构，其特征在于，所述第一端部设置有T形端头，所述T形端头和所述第一谐振器适配连接；并且所述第二端部设置有T形端头，所述T形端头和所述第二谐振器适配连接。
5.根据权利要求1所述的谐振器结构，其特征在于，所述第一端部和第二端部上设置有低通滤波器单元，且所述低通滤波器单元的截止频率高于所述低通滤波器单元的中心频率。
6.根据权利要求1所述的谐振器结构，其特征在于，所述第一谐振器为C形谐振器，且所述第一谐振器和所述第二谐振器结构相同。
7.根据权利要求1所述的谐振器结构，其特征在于，所述第三谐振器的数量为多个，且多个所述第三谐振器串接耦合在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间。
8.根据权利要求1所述的谐振器结构，其特征在于，所述第三谐振器为矩形或哑铃形谐振器。
9.一种集成结构，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的谐振器结构。
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