CN116722332A - 一种双层基片集成波导滤波器 - Google Patents

一种双层基片集成波导滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN116722332A
CN116722332A CN202310634831.3A CN202310634831A CN116722332A CN 116722332 A CN116722332 A CN 116722332A CN 202310634831 A CN202310634831 A CN 202310634831A CN 116722332 A CN116722332 A CN 116722332A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupling
metal layer
layer
holes
unit
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.)
Pending
Application number
CN202310634831.3A
Other languages
English (en)
Inventor
储鹏
周嘉龙
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 CN202310634831.3A priority Critical patent/CN116722332A/zh
Publication of CN116722332A publication Critical patent/CN116722332A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • 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
    • 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

本发明公开了一种双层基片集成波导滤波器，本发明采用双层基片集成波导，同一单元的相邻谐振腔通过感性耦合窗口连接，相邻单元的同侧谐振腔通过耦合孔组连接，使滤波器结构更加紧凑，表面没有额外刻蚀的孔缝，损耗更低更适合应用到现代微波毫米波集成电路系统中，并且设置的耦合孔组，不仅不会影响主模的耦合，同时还可以抑制高次模的耦合，从而达到保持高选择性的同时延伸滤波器阻带的效果。

Description

一种双层基片集成波导滤波器
技术领域
本发明涉及一种双层基片集成波导滤波器，属于微波技术领域。
背景技术
作为射频微波电路系统中的重要组成器件，滤波器一直往低成本、低功耗、体积小、高功率处理能力、易集成的方向发展。基片集成波导滤波器结合了波导以及平面结构，具备体积小、损耗小、易与平面电路相集成等优点。
由于现代通信电路系统越来越集成化，使得集成多种器件的电路会存在多种信号频率相互交织甚至交叉重叠，毫无疑问会严重影响到信号的接收效果、降低通信信号质量、甚至使得通信系统无法正常工作。另一方面，射频前端内部的很多非线性有源器件，如混频器、倍频器等，同样会存在各种信号交织在一起的情况，这严重影响收发机性能。
为了解决以上问题，这就需要滤波器不仅要有很好的通带传输特性，而且还要有更高的选择性和足够宽的阻带来抑制不需要的谐波信号，因此，急需研究具有高选择性和宽阻带的滤波器。
发明内容
本发明提供了一种双层基片集成波导滤波器，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种双层基片集成波导滤波器，包括从上往下堆叠的上层单元和下层单元；
上层单元和下层单元的结构一致，包括从上往下堆叠的上金属层、中间介质基板和下金属层，中间介质基板上贯穿有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列的左侧部、上金属层和下金属层构成左侧谐振腔，金属化通孔阵列的右侧部、上金属层和下金属层构成右侧谐振腔，上层单元的上金属层上设置有输入端口，层单元的下金属层上设置有输出端口；
同一单元的左侧谐振腔和右侧谐振腔通过感性耦合窗口连接，相邻单元的同侧谐振腔之间通过耦合孔组连接；
连接左侧谐振腔的耦合孔组中的部分孔位于主模的电场最强处，剩余孔位于高次模的电场最强处；连接右侧谐振腔的耦合孔组中的孔位于主模的磁场最强处。
连接左侧谐振腔的耦合孔组包括第一圆孔和位于第一圆孔两侧的第二圆孔，第一圆孔和第二圆孔均贯穿上层单元的下金属层和下层单元的上金属层，第一圆孔位于主模的电场最强处，第二圆孔位于高次模的电场最强处。
第一圆孔提供主模的电耦合，调节第一圆孔的半径，控制主模的电耦合量；
两侧第二圆孔提供高次模的电耦合，调节第二圆孔的半径，控制高次模的电耦合量。
第一圆孔和第二圆孔在同一条直线上，并且第一圆孔到两侧第二圆孔的距离一致。
连接右侧谐振腔的耦合孔组包括两缝隙孔，两缝隙孔相对设置，缝隙孔贯穿上层单元的下金属层和下层单元的上金属层。
两缝隙孔提供主模的磁耦合，调节缝隙孔的长度，控制主模的磁耦合量。
输入端口所连的上层单元上金属层侧边与输出端口所连的下层单元下金属层侧边平行，并且所连侧边均与感性耦合窗口所在平面垂直。
本发明所达到的有益效果：本发明采用双层基片集成波导，同一单元的相邻谐振腔通过感性耦合窗口连接，相邻单元的同侧谐振腔通过耦合孔组连接，使滤波器结构更加紧凑，表面没有额外刻蚀的孔缝，损耗更低更适合应用到现代微波毫米波集成电路系统中，并且设置的耦合孔组，不仅不会影响主模的耦合，同时还可以抑制高次模的耦合，从而达到保持高选择性的同时延伸滤波器阻带的效果。
附图说明
图1为本发明的三维结构图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的电路拓扑结构图；
图4（a）为第一圆孔半径分别与主模和高次模耦合系数的关系图；
图4（b）为第二圆孔半径分别与主模和高次模耦合系数的关系图；
图5（a）为输入端口的偏移对阻带抑制的影响图；
图5（b）为输入端口的偏移对谐振频率和外部品质因数的影响图；
图6为滤波器的通带S参数图；
图7为滤波器的带外S参数图。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和2所示，一种双层基片集成波导滤波器，包括从上往下堆叠的上层单元和下层单元；上层单元和下层单元的结构一致，包括从上往下堆叠的上金属层1、中间介质基板2和下金属层3。
中间介质基板2上贯穿有金属化通孔阵列5，金属化通孔阵列5整体呈“日”字形，为了便于加工，金属化通孔阵列5也贯穿上金属层1和下金属层3，金属化通孔阵列5的左侧部（即左侧的“口”字形）、上金属层1和下金属层3构成左侧谐振腔，金属化通孔阵列5的右侧部（即右侧的“口”字形）、上金属层1和下金属层3构成右侧谐振腔。
同一单元的左侧谐振腔和右侧谐振腔通过感性耦合窗口4连接，具体是在共用腔壁设置感性耦合窗口4。
相邻单元的同侧谐振腔之间通过耦合孔组连接，连接左侧谐振腔的耦合孔组中的部分孔位于主模的电场最强处，剩余孔位于高次模的电场最强处；连接右侧谐振腔的耦合孔组中的孔位于主模的磁场最强处。
连接左侧谐振腔的耦合孔组包括第一圆孔6和位于第一圆孔6两侧的第二圆孔7，第一圆孔6和第二圆孔7在同一条直线上，第一圆孔6到两侧第二圆孔7的距离一致，第一圆孔6和第二圆孔7均贯穿上层单元的下金属层3和下层单元的上金属层1。
第一圆孔6位于主模的电场最强处，第一圆孔6提供主模的电耦合，调节第一圆孔6的半径，控制主模的电耦合量；第二圆孔7位于高次模的电场最强处，两侧第二圆孔7提供高次模的电耦合，调节第二圆孔7的半径，控制高次模的电耦合量。
连接右侧谐振腔的耦合孔组包括两缝隙孔8，两缝隙孔8相对设置，缝隙孔8贯穿上层单元的下金属层3和下层单元的上金属层1，两缝隙孔8分别位于金属层的两侧，中心线均位于金属层右侧的平分线上。两缝隙孔8提供主模的磁耦合，调节缝隙孔8的长度，控制主模的磁耦合量。
上层单元的上金属层1上设置有输入端口9，下层单元的下金属层3上设置有输出端口10，输入端口9和输出端口10均采用微带线。输入端口9所连的上层单元上金属层1侧边与输出端口10所连的下层单元下金属层3侧边平行，并且所连侧边均与感性耦合窗口4所在平面垂直。
以图1和图2为例，如图3，R1、R2、R3、R4是四个方形SIW谐振腔，R1、R2分别为上层单元左侧谐振腔和右侧，R4、R3分别为下层单元左侧谐振腔和右侧，S和L分别对应输入端口9和输出端口10，实线表示谐振腔之间的存在磁耦合，虚线表示谐振腔之间存在以电耦合为主导的混合耦合，该电路拓扑可以设计出在通带两侧各有一个传输零点的四阶带通滤波器
第一圆孔6提供R1和R4之间的主模的电耦合量和高次模的磁耦合量，调节第一圆孔6的半径，可以控制R1和R4之间主模的电耦合量和高次模的磁耦合量。第二圆孔7提供R1和R4之间的高次模的电耦合和主模的磁耦合，调节第二圆孔7的半径，可以控制R1和R4之间高次模的电耦合量和主模的磁耦合量。第一圆孔6和第二圆孔7提供主模和高次模的混合耦合。
第一圆孔6一般位于R1的中心，第二圆孔7距离谐振腔边缘的距离为腔体宽度的1/4。第一圆孔6提供R1和R4之间的TE101的电耦合以及TE201模微弱的磁耦合，第二圆孔7则提供R1和R4之间的TE201模的电耦合以及TE101模微弱的磁耦合。通过调节第二圆孔7的半径，使高次模式的电耦合和磁耦合可以达到相互抵消的状态，就可以完成对模式的抑制。此外第一圆孔6和第二圆孔7还可以提供R1和R4之间的主模TE101模的混合耦合，以实现交叉耦合并产生两个传输零点；另外，从图2可以看出，第一圆孔6和第二圆孔7所在直线不位于金属层左侧的平分线上，而是稍微偏向与感性耦合窗口4相对的一侧，可以得到更好的阻带抑制。
缝隙孔8提供R2和R3之间主模的磁耦合，调节缝隙孔8的长度，可以控制R2和R3之间主模的磁耦合量。
以S为例，S所连侧边与感性窗口4所在平面垂直，该端口位置可以使高次模TE201难以通过两个感性窗进行耦合，从而进一步抑制高次模TE201；并且从图2可以看出该端口向感性窗口侧偏移，不在金属层左侧平分线上，可以使端口难以激励出TE102，可以从源头将高次模TE102抑制掉。
为了简化设计难度，滤波器结构采用中心对称结构，因此，TE201可以通过第一圆孔6和第二圆孔7以及感性窗口进行抑制，再结合端口，TE102也可以被抑制，最终高次模TE201和TE102都可以被抑制。
图4（a）、4（b）所示为提取的TE201模的耦合系数，圆孔的具体尺寸即是根据图4（a）、4（b）进行确定。图4（a）、4（b）结果显示，在选取合适的第一圆孔6和第二圆孔7半径，是可以实现对高次模的抑制，同时也不会影响主模的耦合。
图5（a）为输入端口9的偏移对阻带抑制的影响，图5（b）为输入端口9的偏移对谐振频率、外部品质因数的影响，输入端口9的具体偏移量即根据图5（a）、5（b）进行确定。图5（a）、5（b）结果显示，在选取合适的偏移量，可以实现对阻带的抑制，同时不会影响主模的频率和外部品质因数。
图6为滤波器的通带S参数曲线，滤波器中心频率为10 GHz，3-dB相对带宽为4.6%，带内回波损耗S11均位于-20 dB以下，在通带两侧分别产生了一个传输零点。图7是滤波器的带外S参数曲线，-40 dB的阻带抑制可以延伸到20.8 GHz 。可以看出，采用上述结构设计的滤波器阻带可以延伸到2f 0(f 0为滤波器中心频率)，在保持高选择性的同时拓宽了基片集成波导滤波器的阻带宽度。
本发明采用双层基片集成波导，同一单元的相邻谐振腔通过感性耦合窗口4连接，相邻单元的同侧谐振腔通过耦合孔组连接，使滤波器结构更加紧凑，表面没有额外刻蚀的孔缝，损耗更低更适合应用到现代微波毫米波集成电路系统中，并且设置的耦合孔组，不仅不会影响主模的耦合，同时还可以抑制高次模的耦合，从而达到保持高选择性的同时延伸滤波器阻带的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双层基片集成波导滤波器，其特征在于，包括从上往下堆叠的上层单元和下层单元；
上层单元和下层单元的结构一致，包括从上往下堆叠的上金属层、中间介质基板和下金属层，中间介质基板上贯穿有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列的左侧部、上金属层和下金属层构成左侧谐振腔，金属化通孔阵列的右侧部、上金属层和下金属层构成右侧谐振腔，上层单元的上金属层上设置有输入端口，下层单元的下金属层上设置有输出端口；
同一单元的左侧谐振腔和右侧谐振腔通过感性耦合窗口连接，相邻单元的同侧谐振腔之间通过耦合孔组连接；
连接左侧谐振腔的耦合孔组中的部分孔位于主模的电场最强处，剩余孔位于高次模的电场最强处；连接右侧谐振腔的耦合孔组中的孔位于主模的磁场最强处。
2.根据权利要求1所述的双层基片集成波导滤波器，其特征在于，连接左侧谐振腔的耦合孔组包括第一圆孔和位于第一圆孔两侧的第二圆孔，第一圆孔和第二圆孔均贯穿上层单元的下金属层和下层单元的上金属层，第一圆孔位于主模的电场最强处，第二圆孔位于高次模的电场最强处。
3.根据权利要求2所述的双层基片集成波导滤波器，其特征在于，第一圆孔提供主模的电耦合，调节第一圆孔的半径，控制主模的电耦合量；
两侧第二圆孔提供高次模的电耦合，调节第二圆孔的半径，控制高次模的电耦合量。
4.根据权利要求2所述的双层基片集成波导滤波器，其特征在于，第一圆孔和第二圆孔在同一条直线上，并且第一圆孔到两侧第二圆孔的距离一致。
5.根据权利要求1所述的双层基片集成波导滤波器，其特征在于，连接右侧谐振腔的耦合孔组包括两缝隙孔，两缝隙孔相对设置，缝隙孔贯穿上层单元的下金属层和下层单元的上金属层。
6.根据权利要求5所述的双层基片集成波导滤波器，其特征在于，两缝隙孔提供主模的磁耦合，调节缝隙孔的长度，控制主模的磁耦合量。
7.根据权利要求1所述的双层基片集成波导滤波器，其特征在于，输入端口所连的上层单元上金属层侧边与输出端口所连的下层单元下金属层侧边平行，并且所连侧边均与感性耦合窗口所在平面垂直。
CN202310634831.3A 2023-05-31 2023-05-31 一种双层基片集成波导滤波器 Pending CN116722332A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310634831.3A CN116722332A (zh) 2023-05-31 2023-05-31 一种双层基片集成波导滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310634831.3A CN116722332A (zh) 2023-05-31 2023-05-31 一种双层基片集成波导滤波器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116722332A true CN116722332A (zh) 2023-09-08

Family

ID=87872686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310634831.3A Pending CN116722332A (zh) 2023-05-31 2023-05-31 一种双层基片集成波导滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116722332A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112952318B (zh) 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
CN110797614B (zh) 一种具有高次模抑制的小型化基片集成波导滤波器
CN112952322B (zh) 基于折叠基片集成波导谐振腔的双模带通滤波器
CN111446532B (zh) 一种基于基片集成波导的同轴谐振腔及其滤波器
CN109830789B (zh) 一种基于折叠基片集成波导和互补开口谐振环的宽带带通滤波器
CN111916880A (zh) 一种双模介质波导滤波器
CN112928409A (zh) 具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器
CN114284673B (zh) 一种基片集成波导双频带滤波巴伦
CN113328223B (zh) 三阶带通滤波器
CN116435731A (zh) 一种n阶四分之一波长高带外抑制滤波器结构及滤波器
CN114389002B (zh) 加载互补阶梯折叠开口环的siw滤波功分器及设计方法
CN114284664B (zh) 基于混合折叠基片集成波导谐振腔和新型带状线耦合的带通滤波器
WO2021170119A1 (zh) 介质滤波器和通信设备
CN116722332A (zh) 一种双层基片集成波导滤波器
CN110336106B (zh) 一种小型化基片集成波导高阶滤波器
CN111478000A (zh) 一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器
CN115395191B (zh) 一种基于混合耦合的宽阻带基片集成波导滤波器
CN116960591A (zh) 一种矩形波导滤波器
CN115347339B (zh) 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器
CN220474866U (zh) 一种n阶四分之一波长高带外抑制滤波器结构及滤波器
CN217589389U (zh) 一种宽阻带基片集成波导带通滤波器
CN117691965B (zh) 一种含有半模基片同轴谐振器的滤波器
CN112909458B (zh) 一种w波段e面波导滤波器
CN220400880U (zh) 一种小型化高选择性的微带贴片谐振器和带通滤波器
CN112909459B (zh) 一种w波段波导滤波器

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