專利名稱：多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波毫米波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的多層基片集成波導(dǎo)濾波器。
背景技術(shù)：
濾波器是系統(tǒng)整機(jī)中重要的無源元件之一，其性能直接影響了系統(tǒng)整體的選擇性、噪聲系數(shù)、增益和靈敏度等。金屬腔體濾波器通常具有低損耗、高Q值、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，但其加工難度大、成本高、體積大，且與有源電路難以集成?；诨刹▽?dǎo)技術(shù)的濾波器不僅具有與金屬波導(dǎo)濾波器近似的優(yōu)良性能，而且易于加工與平面集成，目前得到了廣泛的研究和應(yīng)用。隨著系統(tǒng)對電路體積和重量的要求進(jìn)一步苛刻，對基片集成波導(dǎo)濾波器也提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的單層平面基片集成波導(dǎo)濾波器已不能適應(yīng)這一需求。
同時(shí)，由于頻譜資源的有限，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對濾波器的選擇性要求也越來越高，這也要求濾波器在相同的階數(shù)下具備較多的傳輸零點(diǎn)。對于N階濾波器網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最多只能產(chǎn)生N-2個(gè)有限傳輸零點(diǎn)，要增加傳輸零點(diǎn)的個(gè)數(shù)，只有進(jìn)一步增加階數(shù)，但隨著階數(shù)的增加也會使得濾波器的體積增大。而采用源/負(fù)載耦合技術(shù)，在源和負(fù)載之間添加直接耦合路徑，可以在N階網(wǎng)絡(luò)里產(chǎn)生N個(gè)傳輸零點(diǎn)，也就是說，要產(chǎn)生兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，傳統(tǒng)濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)至少需要4階諧振器，而引入源/負(fù)載耦合后，只需要兩階諧振腔就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)傳輸零點(diǎn)。但要產(chǎn)生這兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的前提是，源/負(fù)載和兩個(gè)諧振腔之間耦合中，需要有一個(gè)負(fù)(容性)耦合存在，但在傳統(tǒng)平面基片集成波導(dǎo)濾波器中，由于其單層平面的結(jié)構(gòu)，相鄰諧振器之間的耦合一般只能實(shí)現(xiàn)正(感性)耦合，負(fù)耦合往往很難實(shí)現(xiàn)。雖然通過高階模的模式變換，即在相鄰的兩個(gè)諧振腔中，其中一個(gè)諧振腔采用高階諧振模式，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)耦合，但高階模諧振腔的體積較基模諧振腔的體積要大大增加，非常不利于系統(tǒng)的小型化和輕量化的發(fā)展需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器尺寸過大的不足，提出了一種多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器。本發(fā)明的技術(shù)方案是多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器，該濾波器為具有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的二階帶通濾波器，其特征在于，包括從下往上依次層疊的第三金屬層、第二介質(zhì)基板、第二金屬層、第一介質(zhì)基板和第一金屬層，所述金屬化通孔陣列貫穿第一金屬層、第一介質(zhì)基板和第二金屬層后在第一介質(zhì)基板的兩端開口處形成第一輸入輸出端和第二輸入輸出端，所述第一輸入輸出端和呈帶狀的第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)連接，所述第二輸入輸出端和呈帶狀的第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)連接，在第一輸入輸出端與第二輸入輸出端共用腔壁(兩腔相鄰的位置)上設(shè)有第一感性耦合窗(該耦合窗為一開口)引入源負(fù)載耦合，所述第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)和第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)位于第一金屬層；金屬化通孔陣列貫穿第二介質(zhì)基板、第二金屬層和第三金屬層后形成第一諧振腔和第二諧振腔，在第一諧振腔與第二諧振腔共用腔壁(兩腔相鄰的位置)上設(shè)有第二感性耦合窗引入感性耦合(該稱合窗為一開口)。進(jìn)一步的，在第一輸入輸出端與第一諧振腔之間的設(shè)有容性耦合窗引入容性耦
入
口 ο進(jìn)一步的，在第二輸入輸出端與第二諧振腔兩側(cè)邊緣設(shè)有第三感性耦合窗引入感性耦合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果相比于傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)濾波器，只需通過調(diào)整上層輸入輸出端和下層諧振腔之間耦合槽的位置和尺寸，就可以調(diào)整耦合性質(zhì)和耦合強(qiáng)度，從而可以根據(jù)需要靈活傳輸零點(diǎn)的位置，同時(shí)其所占電路板面積減小一半以上，更適合于系統(tǒng)小型化和集成應(yīng)用，該濾波器制作工藝簡單，與現(xiàn)有成熟的低溫共燒陶瓷工藝兼容，非·常適合于批量化生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)爆破示意圖。圖2為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖。圖3為本發(fā)明的第一金屬層的平面結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)示意圖。圖4為本發(fā)明的第二金屬層的平面結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)示意圖。圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)測功能效果圖。附圖標(biāo)記說明第一介質(zhì)基板11、第二介質(zhì)基板12、第一金屬層21、第二金屬層22、第三金屬層23、第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)31、第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)32、第一輸入輸出端41、第二輸入輸出端42、第一諧振腔51、第二諧振腔52、第一感性f禹合窗61、第二感性耦合窗62、第三感性耦合窗63、容性耦合窗7、金屬化通孔陣列8。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明如圖I和圖2所示，多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器，該濾波器為具有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的二階帶通濾波器，其特征在于，包括從下往上依次層疊的第三金屬層23、第二介質(zhì)基板12、第二金屬層22、第一介質(zhì)基板11和第一金屬層21，所述金屬化通孔陣列8貫穿第一金屬層21、第一介質(zhì)基板11和第二金屬層22后在第一介質(zhì)基板11的兩端開口處(本發(fā)明中金屬層中金屬化通孔陣列不連貫的地方被視為開口)形成第一輸入輸出端41和第二輸入輸出端42,所述第一輸入輸出端41和呈帶狀的第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)31連接，所述第二輸入輸出端42和呈帶狀的第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)32連接,在第一輸入輸出端41與第二輸入輸出端42共用腔壁(兩腔相鄰的位置)上設(shè)有第一感性稱合窗61 (該稱合窗為一開口)引入源負(fù)載稱合,所述第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)31和第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)32位于第一金屬層21 ;金屬化通孔陣列8貫穿第二介質(zhì)基板12、第二金屬層22和第三金屬層23后形成第一諧振腔51和第二諧振腔52，在第一諧振腔51與第二諧振腔52共用腔壁(兩腔相鄰的位置)上設(shè)有第二感性率禹合窗62引入感性稱合(該稱合窗為一開口)。為了進(jìn)一步的增加本發(fā)明的性能，在第一輸入輸出端41與第一諧振腔51之間的設(shè)有容性耦合窗7引入容性耦合。在第二輸入輸出端42與第二諧振腔52兩側(cè)邊緣設(shè)有第三感性耦合窗63引入感性耦合。上述第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)31和第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)32,第一輸入輸出端41和第二輸入輸出端42呈匹配關(guān)系，當(dāng)其中一端作為輸入端時(shí)，另一端作為輸出端，反之亦然。本發(fā)明的技術(shù)方案的原理是從輸入端(如第一輸入輸出端41)到輸出端(如第二輸入輸出端42)的信號分成兩個(gè)路徑，且強(qiáng)度在一個(gè)量級上，第一路從輸入端通過第一感性率禹合窗61后從輸出端輸出；另一路信號則從輸入端分別通過容性I禹合窗7、第一諧振腔51、第二感性I禹合窗62、第二諧振腔52及第三感性I禹合窗63后,從輸出端輸出。這兩路信號在特定頻率處因相位相反而對消產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，同時(shí)，由于引入了源和負(fù)載耦合，使得濾波器最多能產(chǎn)生與階數(shù)數(shù)目相同的傳輸零點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際的需要，利用低溫共燒陶瓷技術(shù)多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在第一諧振腔51及第二諧振腔52正下方還可以繼續(xù)疊加成對的諧振腔，在沒有 增加所占用電路板面積的前提下，獲得更多的傳輸零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)濾波器更高的帶外選擇提性。本發(fā)明的技術(shù)方案的輸入輸出端采用共面波導(dǎo)和輸入輸出結(jié)構(gòu)結(jié)合的形式，即可實(shí)現(xiàn)本濾波器與平面微帶電路的過渡，又可以有效抑制濾波器的寄生高階模式，提高濾波器的上邊帶選擇性，擴(kuò)寬工作頻率范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案具備帶外選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，只需兩個(gè)諧振腔就能產(chǎn)生兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，且兩個(gè)諧振腔垂直位于輸入輸出端下方，內(nèi)埋于陶瓷介質(zhì)基板中，使得該發(fā)明的方案兼具小型化和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案具備的多層結(jié)構(gòu)，使得設(shè)計(jì)時(shí)只需調(diào)整輸入輸出端與諧振腔之間耦合槽的位置和尺寸，無需采用高階模式變換，便可以靈活調(diào)整正負(fù)(磁性/容性)的耦合性質(zhì)和耦合強(qiáng)度，在減小體積的同時(shí)，更提高了設(shè)計(jì)的靈活性。本發(fā)明的濾波器兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的位置，可以靈活調(diào)整和控制，即可同時(shí)位于下邊帶或上邊帶，也可以在下邊帶和下邊帶各分布一個(gè)，更為適合實(shí)際系統(tǒng)需求。為了進(jìn)一步的說明上述技術(shù)方案的可實(shí)施性，下面給出一個(gè)具體實(shí)施例以中心頻率9. 2GHz實(shí)現(xiàn)多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器為例，利用標(biāo)準(zhǔn)的低溫共燒陶瓷工藝加工，并測試了整體性能。本實(shí)施例所用的介質(zhì)基板的材料為Ferro-A6M陶瓷基片，相對介電常數(shù)ε r=5. 9，損耗角正切O. 0015，燒結(jié)后厚度為O. 096mm。每層介質(zhì)基板均由五層陶瓷基片構(gòu)成。所有金屬層材料為金或銀，厚度10 12um，金屬化通孔陣列中的通孔填充材料為金或銀，通孔直徑O. 17 O. 2_，通孔間距盡量密集排布，前提為不超過實(shí)際工藝條件中對最小孔間距的要求。圖3和圖4為本發(fā)明的實(shí)施例的第一金屬層和第二金屬層的平面結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)示意圖，其中的幾何參數(shù)為輸入輸出端長度Li=IOmm,第一諧振腔長度L1=12. 48mm,第二諧振腔長度L2=IO. 69mm, Lu=2. 15mm,第三感性耦合窗長度L2l=2. 82mm,第三感性耦合窗寬度Wa = O. 45mm，容性耦合窗半徑凡=2. 50mm，輸入輸出端寬度Wtj=O. 75mm，共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)寬度Wi=S. 2mm，第一諧振腔寬度W1=S. 16mm, Wu = I. 35mm，第一感性耦合窗寬度ffSL=2. 65mm,第二感性稱合窗寬度W12=2. 82mm。根據(jù)上述具體尺寸，按照本發(fā)明的基本技術(shù)方案形成一具有具體尺寸的濾波器，上述具體尺寸的設(shè)定不應(yīng)被理解為對本發(fā)明方案的保護(hù)范圍的限制。對上述具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)的濾波器進(jìn)行測試，測試儀器為安捷倫公司的E8363B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，該實(shí)施例實(shí)測的傳輸特性如圖5所示，該濾波器的中心頻率9. 17GHz,3dB相對帶寬為2. 05%，帶內(nèi)最小插入損耗為I. 78dB,兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別位于8. 65GHz和
10.55GHzο測試結(jié)果顯示，濾波器具有優(yōu)良性能，同時(shí)其尺寸僅為25X10X0. 98mm3，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的平面基片集成波導(dǎo)濾波器。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器，該濾波器為具有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的二階帶通濾波器，其特征在于，包括從下往上依次層疊的第三金屬層(23)、第二介質(zhì)基板(12)、第二金屬層(22)、第一介質(zhì)基板(11)和第一金屬層(21)，所述金屬化通孔陣列(8)貫穿第一金屬層(21)、第一介質(zhì)基板(11)和第二金屬層(22)后在第一介質(zhì)基板(11)的兩端開口處形成第一輸入輸出端(41)和第二輸入輸出端(42),所述第一輸入輸出端(41)和呈帶狀的第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)(31)連接，所述第二輸入輸出端(42)和呈帶狀的第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)(32)連接,在第一輸入輸出端(41)與第二輸入輸出端(42)共用腔壁(兩腔相鄰的位置)上設(shè)有第一感性耦合窗(61)引入源負(fù)載耦合，所述第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)(31)和第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)(32)位于第一金屬層(21);金屬化通孔陣列(8)貫穿第二介質(zhì)基板(12)、第二金屬層(22)和第三金屬層(23)后形成第一諧振腔(51)和第二諧振腔(52)，在第一諧振腔(51)與第二諧振腔)52)共用腔壁(兩腔相鄰的位置)上設(shè)有第二感性奉禹合窗(62 )引入感性I禹合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，在第一輸入輸出端(41)與第一諧振腔(51)之間的設(shè)有容性耦合窗(7)引入容性耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，在第二輸入輸出端(42 )與第二諧振腔(52 )兩側(cè)邊緣設(shè)有第三感性耦合窗(63 )引入感性耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及多層陶瓷基片集成波導(dǎo)濾波器，包括從下往上依次層疊的第三金屬層、第二介質(zhì)基板、第二金屬層、第一介質(zhì)基板和第一金屬層，所述金屬化通孔陣列貫穿第一金屬層、第一介質(zhì)基板和第二金屬層后在第一介質(zhì)基板的兩端開口處形成第一輸入輸出端和第二輸入輸出端，所述第一輸入輸出端和呈帶狀的第一共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)連接，所述第二輸入輸出端和呈帶狀的第二共面波導(dǎo)輸入輸出結(jié)構(gòu)連接，在第一輸入輸出端與第二輸入輸出端共用腔壁上設(shè)有第一感性耦合窗引入源負(fù)載耦合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果更適合于系統(tǒng)小型化和集成應(yīng)用。
文檔編號H01P1/203GK102800906SQ201210264060
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者徐自強(qiáng), 徐美娟, 夏紅, 廖家軒, 尉旭波 申請人:電子科技大學(xué)