CN117497979A - 一种基于sspp结构的siw带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，包括介质基板、置于所述介质基板一面的金属顶层和置于所述介质基板另一面的金属地层，所述金属顶层和金属地层之间设置有两排对称的金属过孔结构；所述金属顶层包括依次连接的输入接地共面波导、第一过渡段、SIW‑SSPP带通滤波器段、第二过渡段和输出接地共面波导；所述SIW‑SSPP带通滤波器段上设置有一排缝隙且一排缝隙的中心与所述介质基板的中心重合，一排缝隙包括多个呈“S”形的缝隙；一排缝隙中两侧的缝隙为中间的缝隙的缩小版。其具有更高的带外抑制和更好的带内平坦度。
Description
技术领域
本发明属于带通滤波器技术领域，具体地涉及一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器。
背景技术
基片集成波导（substrate integrated waveguide，SIW）是一种新的微波传输线形式，其利用金属通过在介质基片实现波导的场传播模式，解决了高频应用中，传统微带线因容差不足失效和波导体积大，不利于集成的问题。
表面等离激元（surface plasmon）是金属表面电子在外界电磁场作用下产生集体振荡的现象。虽然金属可以支持表面等离激元沿金属-介电面传播，但由于金属完美的电导体性质，SPP不能在微波或太赫兹波长中被激发，所以提出了人工表面等离激元SSPP的概念。
现有的基于SSPP的SIW带通滤波器，其SSPP采用矩形环状缝隙结构，如申请号为：202210475009.2的“一种共置有SSPP材料的SIW的可调超宽带滤波器”。但是，采用现有的结构，其存在带内平坦度和带外抑制不佳的问题。
发明内容
为了解决现有技术中SIW带通滤波器带内平坦度和带外抑制不佳的问题，本发明提供一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其具有更高的带外抑制和更好的带内平坦度。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，包括介质基板、置于所述介质基板一面的金属顶层和置于所述介质基板另一面的金属地层，所述金属顶层和金属地层之间设置有两排对称的金属过孔结构；所述金属顶层包括依次连接的输入接地共面波导、第一过渡段、SIW-SSPP带通滤波器段、第二过渡段和输出接地共面波导；
所述SIW-SSPP带通滤波器段上设置有一排缝隙且一排缝隙的中心与所述介质基板的中心重合，一排缝隙包括多个呈“S”形的缝隙；
一排缝隙中两侧的缝隙为中间的缝隙的缩小版。
本发明与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：
本发明通过将SIW-SSPP带通滤波器段上的缝隙结构优化为“S”形，两侧的缝隙为中间缝隙的缩小版，其相比于现有的SIW带通滤波器，具有更高的带外抑制和更好的带内平坦度。
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，下面将对实施例或现有技术描述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 为本发明基于SSPP结构的SIW带通滤波器一面的结构示意图；
图2 为本发明基于SSPP结构的SIW带通滤波器另一面的结构示意图；
图3 为本发明缝隙的第一种结构示意图；
图4 为本发明缝隙的第二种结构示意图；
图5 为本发明缝隙的第三种结构示意图；
图6 为本发明基于SSPP结构的SIW带通滤波器的一种具体实施例示意图；
图7为图6所示的SIW带通滤波器的仿真图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。
本发明公开一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，如图1、2所示，该SIW带通滤波器包括介质基板1、置于所述介质基板1一面的金属顶层和置于所述介质基板1另一面的金属地层2。该SIW带通滤波器有两条对称线，一条沿信号传输方向，另一条为垂直于信号传输方向，两条对称线的交点即为介质基板1的中心。金属顶层和金属地层之间设置有两排对称的金属过孔结构3，金属过孔结构3的对称线与信号传输方向的对称线重合。金属顶层包括依次连接的输入接地共面波导41、第一过渡段42、SIW-SSPP带通滤波器段43、第二过渡段44和输出接地共面波导45。
SIW-SSPP带通滤波器段43上设置有一排缝隙且一排缝隙的中心与所述介质基板的中心重合；一排缝隙包括多个呈“S”形的缝隙46；一排缝隙中两侧的缝隙46为中间的缝隙46的缩小版。
本方案通过对SIW-SSPP带通滤波器段43上的缝隙结构优化为“S”形，两侧的缝隙46为中间缝隙的缩小版，即两侧的缝隙为中间缝隙按一定比例缩小而来。采用上述结构，相比于现有的SIW带通滤波器，具有更高的带外抑制和更好的带内平坦度。
采用该结构的SIW带通滤波器，S型SSPP结构通过缺陷地的方式实现，除SIW约束孔外无其余地孔，具有易实现、小尺寸高集成度、高性能的特点。
上述SIW带通滤波器，输入接地共面波导41用于将外部的射频信源输出信号转换为高频介质基板上的电磁分布及信号。如图1所示，输入接地共面波导41为方形的微带线结构。第一过渡段42于实现输入接地共面波导41到SIW-SSPP带通滤波器段43之间的模式转换与动量匹配，采用梯形的微带线结构。
缝隙46为“S”形，呈中心对撑，其可有多种结构设置。
示例1，如图3所示，缝隙46包括呈方形且依次连通的第一缺陷段461、第二缺陷段462、第三缺陷段463、第四缺陷段464和第五缺陷段465，所述第一缺陷段461、第三缺陷段463、第五缺陷段465相互平行，所述第二缺陷段462、第四缺陷段464相互平行。
示例2，如图4所示，其在示例1的结构增加了呈方形的第六缺陷段466和第七缺陷段467。第六缺陷段466与所述第一缺陷段461连通且与第二缺陷段462平行，第七缺陷段467与所述第五缺陷段465连通且与第四缺陷段464平行。
示例3，如图5所示，缝隙46由弧形的缺陷段构成。
S的具体结构根据仿真效果进行调整，较佳的采用示例1的结构或者示例1与示例2的结合。
整个金属顶层呈中心对称设置。一排缝隙的对称线与所述金属过孔结构的对称线相垂直。较佳的，将所述缝隙46的数量设置为奇数，中间的缝隙46中心与整个介质基板1的中心重合。
为了提高SIW带通滤波器的性能，从中间向两侧方向，相邻两个缝隙的距离逐渐减小。
采用本方案的结构，宽度方向很窄，便于与微波传输线集成，可实现更小的尺寸。通带可达18.6GHz~27.1GHz。具有更高的带外抑制，带外抑制最大达到120dBc，一个滤波器就能达到多个滤波器串联的效果，也变相的节约尺寸空。具有更好的带内平坦度，带内平坦度在0.5dB以内，即可达到18.6GHz~27.1GHz；带内回波损耗≤-20dB，即可达到18.6GHz~27.1GHz。
为了便于体现本方案的技术优势，现举一具体示例进行说明。
选取长L=50毫米，宽度W1=6.45毫米，厚度0.254毫米，介电常数ER=3的高频介质基板，金属顶层的铜厚为0.035毫米，参照图6，其中，图6中仅示出了SIW带通滤波器左侧的部分的规格视图。整个金属顶层呈中心对称设置。介质基板1左侧采用线宽为0.56毫米、隔地间距0.3毫米的输入接地共面波导41；第一过渡段42为梯形结构，具体尺寸如图6所示；通过R=0.25的接地通孔确定SIW的内宽度W2=5.62毫米，地空接地间距D=0.75毫米；缝隙46采用示例1的结构，内宽为0.2毫米，缝隙46呈中心对称。缝隙46数量为15个，先设置第8个缝隙46，其中心与介质基板1的中心重合。以第8个缝隙46为基础，进行复制平移依次得到第7、6、……、1个缝隙，对第2个缝隙进行0.967倍的缩放，对第一个缝隙进行0.815倍的缩放，第3至7个缝隙46与第8个缝隙46大小一致，调整相邻两个缝隙46之间的间隙，从中间向两侧方向，相邻两个缝隙46的距离逐渐减小，具体距离及各个结构的规格设置参照图6所示。第9、10、……15个缝隙以第8个中心对称设置，得到15个S型SSPP结构。
对该结构进行仿真，其仿真结果如图7所示。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，包括介质基板、置于所述介质基板一面的金属顶层和置于所述介质基板另一面的金属地层，所述金属顶层和金属地层之间设置有两排对称的金属过孔结构；其特征在于：所述金属顶层包括依次连接的输入接地共面波导、第一过渡段、SIW-SSPP带通滤波器段、第二过渡段和输出接地共面波导；
所述SIW-SSPP带通滤波器段上设置有一排缝隙且一排缝隙的中心与所述介质基板的中心重合，一排缝隙包括多个呈“S”形的缝隙；
一排缝隙中两侧的缝隙为中间的缝隙的缩小版。
2.根据权利要求1所述的一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其特征在于：所述一排缝隙的对称线与所述金属过孔结构的对称线相垂直。
3.根据权利要求1所述的一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其特征在于：一排缝隙包括奇数个缝隙。
4.根据权利要求1所述的一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其特征在于：从中间向两侧方向，相邻两个缝隙的距离逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其特征在于：单个缝隙呈中心对撑，所述缝隙包括呈方形且依次连通的第一缺陷段、第二缺陷段、第三缺陷段、第四缺陷段和第五缺陷段，所述第一缺陷段、第三缺陷段、第五缺陷段相互平行，所述第二缺陷段、第四缺陷段相互平行。
6.根据权利要求5所述的一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其特征在于：所述缝隙还包括与所述第一缺陷段连通且与第二缺陷段平行的第六缺陷段和与所述第五缺陷段连通且与第四缺陷段平行的第七缺陷段。
7.根据权利要求1所述的一种基于SSPP结构的SIW带通滤波器，其特征在于：所述缝隙由弧形的缺陷段构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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