四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】一種四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，包含兩段微帶饋電線和分布在以帶通濾波器的頂層金屬平面中心為原點的四個象限上四個四分之一模基片集成波導單元。波導單元包括頂層金屬層、中間介質基板和底層金屬地，中間介質基板在橫軸和縱軸方向各有一排金屬通孔，連接頂層金屬和底層金屬地；相鄰四分之一模基片集成波導單元之間通過開口縫隙實現耦合。本實用新型采用四分之一模基片集成波導技術，利用其體積大大減小的特點，引入復合左右手進一步降低頻點、增強選擇性，結合四分之一模基片集成波導耦合系數大且品質因數低的特性，獲得一個較好選擇性和較好阻帶抑制性的小型化寬帶帶通濾波器。
【專利說明】
四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器
技術領域
[0001]本實用新型屬于微波毫米濾波器領域，具體涉及基片集成波導帶通濾波器。
【背景技術】
[0002]隨著現代無線通信系統的發展和日益成熟，作為其重要組成部分的濾波器也引起了各方面的廣泛關注和研究。濾波器的種類和功能多種多樣，但由于受到電磁結構和制造工藝的約束，相比于一般的濾波器，寬帶濾波器在近幾年卻少有報道，但現代無線通信系統中，例如各種雷達系統、高分辨率成像裝置等對寬帶濾波器都具有較高的需求。
[0003]傳統的金屬波導結構的濾波器具有功率容量高，插損小等優點，但其加工成本高，體積較大，且不適合與現代平面電路集成。隨之提出的基片集成波導濾波器不僅繼承了波導的損耗低、品質因數高、功率容量大等優點，同時也引入了尺寸小、易于與其他平面電路集成等優點，但由于其耦合系數和品質因數的限制，傳統的基片集成波導在制作寬帶濾波器方面仍具有一定困難，且想要獲得較低頻段的特性仍然需要面對尺寸較大的難題。
【發明內容】
[0004]本實用新型提出一種四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，目的是采用四分之一模基片集成波導技術，利用其體積比等效傳統基片集成波導大大減小的特點，在尺寸不變的基礎上再引入復合左右手進一步降低頻點、增強選擇性，結合四分之一模基片集成波導耦合系數大且品質因數比傳統基片集成波導低的特性，再利用四分之一基片集成波導單元兩側靈活的開放結構，通過級聯耦合的方式，加強對諧波的抑制效果，獲得一個較好選擇性和較好阻帶抑制性的小型化寬帶帶通濾波器。
[0005]本實用新型的技術方案如下:
[0006]—種四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，所述濾波器包含兩段微帶饋電線和四個四分之一模基片集成波導單元。
[0007]所述帶通濾波器包括頂層金屬、中間介質基板和底層金屬地三層結構，四個四分之一模基片集成波導單元分布在以帶通濾波器的頂層金屬平面中心為原點的四個象限上；所述中間介質基板在橫軸和縱軸方向以對應所述原點位置起點各有一排金屬通孔，連接頂層金屬和底層金屬地。
[0008]第一和第二象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過縱軸上長度為Wl的開口縫隙實現耦合，第二和第三象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過橫軸上長度為W2的開口縫隙實現耦合，第三和第四象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過縱軸上長度為W3開口縫隙實現耦合。所述開口縫隙為金屬過孔到邊界的距離。
[0009]每個單元的頂層金屬上都蝕刻有叉指縫隙結構，第一象限上的叉指縫隙結構是相對于橫軸順時針旋轉45°布置，相鄰單元的叉指縫隙結構相互對稱，每個叉指縫隙結構與中間介質基板上相鄰的兩排金屬通孔和底層金屬地共同構成加載復合左右手結構的四分之一模基片集成波導單元，其單元結構在低頻段具有與尺寸相關的負階諧振點。
[0010]所述微帶饋電線分別與位于第一象限和第四象限的四分之一模基片集成波導單元的頂層金屬層連接。
[0011]本實用新型的帶通濾波器的關鍵技術點在于解決兩個相鄰四分之一模基片集成波導單元之間的耦合問題，因此需要精確設計相鄰兩個四分之一模基片集成波導單元之間的開口縫隙寬度，精確設計復合左右手叉指縫隙的長度，在有限的空間中得到復合左右手結構比傳統四分之一模基片集成波導單元更低的諧振頻點。同時還需要精確設計叉指縫隙在四分之一模基片集成波導單元頂層金屬的蝕刻位置，轉動角度以滿足叉指縫隙結構對電磁波在基板中傳遞方向的要求。另外，還需精確設計50 Ω饋電線的錐形過渡結構參數以滿足四個四分之一模基片集成波導單元之間耦合所需要的外部品質因數。
[0012]本實用新型利用四分之一模基片集成波導相較于傳統基片集成波導更高的耦合系數以及更低的品質因數，結合傳統諧振器耦合理論，通過恰當的耦合，可以最終實現一個結構緊湊的相對帶寬達到22%的高選擇性和較好阻帶抑制性的小型化寬帶濾波器。
[0013]本實用新型的有益效果具體如下:
[0014]1.采用四分之一模基片集成波導技術設計濾波器，相較于傳統基片集成波導濾波器，其耦合系數更大，外部品質因數更低，更易于實現寬帶濾波器。
[0015]2.采用四分之一模基片集成波導設計濾波器，在繼承傳統基片集成波導優良性能的基礎上，其體積減小了75%，再引入叉指縫隙形成復合左右手結構進一步降低諧振頻點，大大減小了濾波器的體積。
[0016]3.諧振頻點與叉指縫隙的結構參數密切相關，通過調節叉指縫隙的結構參數可以實現對諧振頻點的精確控制，具有$父尚的選擇性。
[0017]4.遵循傳統的耦合器理論設計濾波器可以滿足不同的帶寬、選擇性等設計要求。
[0018]5.通過級聯耦合的方式，加強了對諧波的抑制效果，具有較好的阻帶抑制性能。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型提出的寬帶濾波器的結構圖；
[0020]圖2(a)是本實用新型提出的寬帶濾波器的頂層結構圖(圖中灰色部分表示頂層金屬，白色部分為被刻蝕掉的部分)；
[0021 ]圖2(b)是本實用新型提出的寬帶濾波器的底層結構圖；
[0022]圖3(a)是所述四分之一模基片集成波導單元的頂層結構圖(圖中灰色部分表示頂層金屬，白色部分為被刻蝕掉的部分)；
[0023]圖3(b)是所述四分之一模基片集成波導單元的底層結構圖；
[0024]圖4是本實用新型提出的寬帶濾波器的頻率響應曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例及附圖對本實用新型做進一步說明:
[0026]如圖1所示，本實用新型提出四分之一模基片集成波導復合左右手的帶通濾波器包含兩段50 Ω微帶饋電線5和四個四分之一模基片集成波導單元3，四個四分之一模基片集成波導單元3分布在以帶通濾波器的頂層金屬平面中心(不包含饋電線部分)為原點的四個象限上。
[0027]參見圖2(a)和圖2(b)，帶通濾波器包含頂層金屬1、中間介質基板(未顯示出)和底層金屬地2，中間介質基板上有連接頂層金屬和底層金屬的金屬通孔4。金屬通孔4是在橫軸和縱軸方向各有一排，以原點為起始點。第一和第二象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過縱軸上長度為Wl的開口縫隙實現耦合，第二和第三象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過橫軸上長度為W2開口縫隙實現耦合，第三和第四象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過縱軸上長度為W3的開口縫隙實現耦合，而第一和第四象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間沒有設開口縫隙，均是金屬通孔4，這兩個象限各連接一段微帶饋電線5，進行輸入和輸出。以上開口縫隙的長度Wl、W2、W3分別為7mm、4mm、7mm，用于獲取滿足設計要求的耦合系數。當然，改變開口縫隙Wl、W2、W3的大小，可以改變兩者之間的耦合系數。
[0028]每段微帶饋電線5由一段輸入或輸出50Ω饋電線5a和一段錐形過渡微帶線5b連接構成，錐形過渡微帶線與四分之一模基片集成波導單元3相連，用于實現濾波器的阻抗匹配。微帶饋電線5的結構尺寸如下:錐形過渡微帶線5b的下底寬度L2為4mm，長LI為3.02mm，用于獲取滿足設計要求的外部品質因數。50 Ω饋電線5a的寬度為0.61mm，用于實現阻抗匹配。
[0029]參見圖3(a)和圖3(b)，四分之一模基片集成波導單元3的邊長L3為8mm，四分之一模基片集成波導單元3的頂層金屬I蝕刻叉指縫隙結構6，結合圖1可見，第一象限上的叉指縫隙結構是相對于橫軸順時針旋轉45°布置，而相鄰單元的叉指縫隙結構相互對稱，這樣，每個叉指縫隙結構與中間介質基板上相鄰的兩排金屬通孔4和底層金屬地2共同構成加載復合左右手結構的四分之一模基片集成波導單元，其單元結構在低頻段具有與尺寸相關的負階諧振點。叉指縫隙結構6尺寸如下:每個叉指6-1長度為5.4mm，寬度為0.2mm，縫隙寬度6-2為0.2mm。復合左右手結構具有一個比傳統四分之一模基片集成波導單元更低的且只由叉指縫隙尺寸控制的諧振點。
[0030]在本例中，介質基片采用Rogers6002，介電常數為2.94，厚度為lOmil。
[0031]圖4所示為本例的頻率響應曲線圖，圖中包括兩大曲線，曲線S21是信號的傳輸特性曲線，曲線Sll是端口的反射特性曲線。由圖可知，該濾波器有一個相對帶寬達到了 22%的通帶，其中心頻率為5GHZ，通帶內最小插損1.70dB，回波損耗大于1dB。
[0032]本實用新型并不局限于上述實施方式，如果對發明的各種改動或變形不脫離本實用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本實用新型的權利要求和等同技術范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變形。
【主權項】
1.一種四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述濾波器包含兩段微帶饋電線(5)和四個四分之一模基片集成波導單元(3); 所述帶通濾波器包括頂層金屬(I)、中間介質基板和底層金屬地(2)三層結構，四個四分之一模基片集成波導單元(3)分布在以帶通濾波器的頂層金屬平面中心為原點的四個象限上；所述中間介質基板在橫軸和縱軸方向以對應所述原點位置起點各有一排金屬通孔(4)，連接頂層金屬和底層金屬地;第一和第二象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過縱軸上長度為Wl的開口縫隙實現耦合，第二和第三象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過橫軸上長度為W2的開口縫隙實現耦合，第三和第四象限的兩個四分之一模基片集成波導單元之間通過縱軸上長度為W3開口縫隙實現耦合，所述開口縫隙為金屬過孔到邊界的距離； 每個單元的頂層金屬(I)上都蝕刻有叉指縫隙結構(6)，第一象限上的叉指縫隙結構(6)是相對于橫軸順時針旋轉45°布置，相鄰單元的叉指縫隙結構相互對稱，每個叉指縫隙結構與中間介質基板上相鄰的兩排金屬通孔(4)和底層金屬地(2)共同構成加載復合左右手結構的四分之一模基片集成波導單元； 所述微帶饋電線(5)分別與第一象限和第四象限上的四分之一模基片集成波導單元(3)的頂層金屬連接。2.根據權利要求1所述四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述微帶饋電線(5)由一段50 Ω饋電線(5a)和一段錐形過渡微帶線(5b)連接構成，錐形過渡微帶線與四分之一模基片集成波導單元(3)的頂層金屬相連。3.根據權利要求1或2所述四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述叉指縫隙結構(6)的每個叉指(6-1)長度為5.4mm，寬度為0.2mm，縫隙寬度(6-2)為0.2mm。4.根據權利要求1或2所述四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述開口縫隙Wl、￥2、胃3分別為7111111、4111111、71111]1。5.根據權利要求2所述四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述微帶饋電線(5)的錐形過渡微帶線(5b)的下底寬度L2為4mm，長LI為3.02mm，50 Ω饋電線(5a)的寬度為0.61mm。6.根據權利要求1或2所述四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述叉指縫隙結構(6)位于每個象限的遠離原點一角。7.根據權利要求1或2所述四分之一模基片集成波導復合左右手的寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述中間介質基板為Rogers 6002，厚度為1mil。
【文檔編號】H01P1/203GK205543169SQ201620092138
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月30日
【發明人】魏治華, 黃杰, 耿艷輝, 徐國慶, 李晶, 趙倩
【申請人】西南大學