CN204885382U - 一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器 - Google Patents

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朱永忠
段晓曦
邓欣
李乐
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Abstract

本实用新型属于微波技术领域，涉及一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器，包括n个介质基板3、n+1个金属层4、输入端口1、输出端口2，其中n个介质基板3与n+1个金属层4交替排列，每个介质基板3均位于相邻两个金属层4之间，每个介质基板3上设有垂直排列的两排金属化通孔5，相邻两个介质基板3之间的金属层4上开有耦合窗口5，输入端口1位于最上层金属层一端，输出端口2位于最下层金属层的另一端，由所述n个介质基板3、n+1个金属层4和金属化通孔围成的半开放式结构构成2n个EMSIW谐振腔，相邻介质基板3之间的两个谐振腔通过位于谐振腔之间的耦合窗口5实现电耦合或磁耦合，同一介质基板3的两个谐振腔之间可以通过将所述介质基板3中的金属化通孔去除若干个形成缺损分布而产生的耦合通道7实现磁耦合。

Description

一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器
技术领域
本实用新型属于微波技术领域，涉及一种基于PCB工艺的多层1/8模基片集成波导(Eighth-modeSubstrateIntegratedWaveguide，EMSIW)滤波器。
背景技术
近年来，基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide,SIW)由于高品质因数、大功率容量、易加工和成本低等优点在无线通信系统中被广泛使用，然而它仍然存在不足，即其相比于微波电路中其他元件而言，电路版图的占用面积较大。在人们不断探索之下，基于基片集成波导的半模技术(HalfModeSubstrateIntegratedWaveguide,HMSIW)，四分之一模技术(Quarter-modeSubstrateIntegratedWaveguide,QMSIW)，折叠技术(FoldedSubstrateIntegratedWaveguide,FSIW),折叠半模技术(FoldedHalf-modeSubstrateIntegratedWaveguide,HMSIW)等相继出现，使得器件在原面积的基础上大幅减小，而这其中QMSIW和FHMSIW相比原始SIW谐振腔减少的面积最多，可达到75％。
而多层技术的出现，更是在缩小电路版图上存在巨大的潜力，它通过增加介质基片的高度，真正实现三维的微波集成电路，使得器件面积显著减少。
在半模和四分之一模基片集成波导的基础上，进一步提出了八分之一模基片集成波导谐振结构(Eighth-modeSubstrateIntegratedWaveguide,EMSIW)，并结合多层技术，以实现了滤波器的小型化。
实用新型内容
实用新型内容
实用新型的目的：为了提供一种效果更好的新型多层1/8模基片集成波导滤波器，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。
为了达到如上目的，本实用新型采取如下技术方案：
一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器，其特征在于，包括n个介质基板3、n+1个金属层4、输入端口1、输出端口2，其中n个介质基板3与n+1个金属层4交替排列，每个介质基板3均位于相邻两个金属层4之间，每个介质基板3上设有垂直排列的两排金属化通孔5，相邻两个介质基板3之间的金属层4上开有耦合窗口5，输入端口1位于最上层金属层一端，输出端口2位于最下层金属层的另一端，由所述n个介质基板3、n+1个金属层4和金属化通孔围成的半开放式结构构成2n个EMSIW谐振腔，相邻介质基板3之间的两个谐振腔通过位于谐振腔之间的耦合窗口5实现电耦合或磁耦合，同一介质基板3的两个谐振腔之间可以通过将所述介质基板3中的金属化通孔去除若干个形成缺损分布而产生的耦合通道7实现磁耦合。
本实用新型进一步技术方案在于，所述输入端口1和输出端口2通过微带线分别与最邻近的介质基板3上的两个谐振腔实现耦合。
本实用新型进一步技术方案在于，所述谐振腔为EMSIW谐振腔。
本实用新型进一步技术方案在于，靠近连接有输入端的最外层金属层的第一层介质基板及其底面的金属层向一端延伸以连接输入端，而靠近连接有输出端的最外层金属层的最后一层介质基板及其底面的金属层向另一端延伸以支持输出端的微带线。
采用如上技术方案的本实用新型，相对于现有技术有如下有益效果：
(1)本实用新型滤波器由于采用EMSIW谐振腔，可以将滤波器的体积减小到普通SIW谐振腔滤波器的1/8；
(2)本实用新型滤波器采用多层设计将2n个EMSIW谐振腔分布在n层介质基板上，而只占用两个EMSIW谐振腔平面尺寸，且不会因为滤波器阶数的增加而增大平面尺寸，在很大程度上减小了滤波器的平面尺寸；
(3)本实用新型滤波器结构简单、加工难度低、容易与其它电路集成设计，并且可以通过耦合窗口或耦合通道调节耦合量的大小，具有很强的实用性。
附图说明
为了进一步说明本实用新型，下面结合附图进一步进行说明：
图1为本实用新型多层EMSIW滤波器实施例结构示意图；
图2为采用本实用新型结构的回波损耗对比图；
图3为采用本实用新型结构的2层EMSIW滤波器实施例的S参数仿真结果。
其中：1输入端口、2输出端口、3介质基板、4金属层、5金属化通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，实施例不构成对本实用新型的限制：
本实用新型滤波器的原理如下：
以八分之一模基片集成波导作为谐振腔，为确保其可行性，对能量演变过程进行了讨论。当谐振腔工作在TE101模式下，腔体内的场分布是均匀的，具有对称性。通过对原始谐振腔SIW，QMSIW以及EMSIW进行仿真，得到回波损耗曲线对比图，如图2所示。当谐振腔为原始的SIW时，同时存在TE101、TE102和TE202模，其谐振频率分别在6.05GHZ、9.53GHZ和13.5GHZ；当谐振腔为QMSIW时，则存在TE101和TE202模，其谐振频率分别在5.67GHZ和14.9GHZ；而当其为EMSIW时，与QMSIW一样，存在TE101和TE202模，其谐振频率分别在5.51GHZ和12.46GHZ。由此可知，当谐振腔为QMSIW和EMSIW时，不存在TE102模，这是因为TE102模仅存在于沿Y方向的等效磁壁，而不存在于沿X方向的等效磁壁，而TE101和TE202模则沿X和Y方向的等效磁壁均存在。因此，本文提出的EMSIW仅存在TE101和TE202模，原始谐振腔SIW中的TE102模消失了。
下面以包含两个介质基板3、三个金属层4、形成四个谐振腔的滤波器为例对本实用新型作详细的描述：
如图1所示为本实用新型多层EMSIW滤波器实施例结构示意图，该图下方为滤波器结构图，上方为滤波器的结构分解图，滤波器由若干金属层和若干介质基板紧密结合形成。由图可知该滤波器包括输入端口1、输出端口2、两个介质基板3、三个金属层4、互相垂直的两排金属化通孔、耦合窗口和耦合缝隙5，由两层介质基板3、三层金属层4以及金属化通孔所围成的半开放式结构构成四个EMSIW谐振腔(图中线圈只是一个示意，并不是对谐振腔范围的限定)，输入端口1与输出端口2分别位于上层的金属板与下层的金属板的一端，分别通过50Ω微带线直接与EMSIW谐振腔耦合，通过调整微带线与谐振腔的耦合位置调节输入输出谐振腔的有载Q值。为了使滤波器便于连接使用，靠近连接有输入端的最外层金属层的第一层介质基板及其底面的金属层向一端延伸以支持输入端1，而靠近连接有输出端的最外层金属层的最后一层介质基板及其地面金属层向另一端延伸以支持输出端2的微带线。
上层的介质基板与下层的介质基板之间的中间的金属层上开有槽形三个耦合窗口，谐振腔之间均通过耦合窗口实现耦合，根据耦合窗口位置的不同进行电耦合或者磁耦合，根据耦合窗口的大小不同调整耦合量的大小。同一介质基板上的两个谐振腔之间纵向排列有金属化通孔，在同一介质基板上的两个谐振腔之间将二者完全隔开，使得同一介质基板上的两个谐振腔之间没有耦合发生。
利用图1所示的滤波器，设计一个4阶切比雪夫函数响应的EMSIW滤波器，滤波器回波损耗对比图见图2。选择介电常数为2.2，厚度为0.254mm的Rogers5880介质基板，优化各设计参数，得到C频段多层EMSIW滤波器仿真结果如图3所示，图3为采用本实用新型结构的多层EMSIW滤波器实施例的S参数仿真结果，由图3可知，中心频率为5.5GHz，带宽1280MHz，带内插损小于3dB，带内S11＜-20dB。本实用新型说明书未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器，其特征在于，包括n个介质基板(3)、n+1个金属层(4)、输入端口(1)、输出端口(2)，其中n个介质基板(3)与n+1个金属层(4)交替排列，每个介质基板(3)均位于相邻两个金属层(4)之间，每个介质基板(3)上设有垂直排列的两排金属化通孔(5)，相邻两个介质基板(3)之间的金属层(4)上开有耦合窗口(5)，输入端口(1)位于最上层金属层一端，输出端口(2)位于最下层金属层的另一端，由所述n个介质基板(3)、n+1个金属层(4)和金属化通孔围成的半开放式结构构成2n个EMSIW谐振腔，相邻介质基板(3)之间的两个谐振腔通过位于谐振腔之间的耦合窗口(5)实现电耦合或磁耦合，同一介质基板(3)的两个谐振腔之间可以通过将所述介质基板(3)中的金属化通孔去除若干个形成缺损分布而产生的耦合通道(7)实现磁耦合。
2.如权利要求1所述的一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器，其特征在于，所述输入端口(1)和输出端口(2)通过微带线分别与最邻近的介质基板(3)上的两个谐振腔实现耦合。
3.如权利要求1所述的一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器，其特征在于，所述谐振腔为EMSIW谐振腔。
4.如权利要求1所述的一种新型多层1/8模基片集成波导滤波器，其特征在于，靠近连接有输入端的最外层金属层的第一层介质基板及其底面的金属层向一端延伸以连接输入端，而靠近连接有输出端的最外层金属层的最后一层介质基板及其底面的金属层向另一端延伸以支持输出端的微带线。
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