一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波毫米波領(lǐng)域，具體設(shè)及一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 濾波器是現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中用來分離和組合各種不同頻率信號的重要元件。隨 著人們對有限頻譜資源需求的不斷增長，特別是未來智能化無線通信頻段的不斷細(xì)分和增 加，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對濾波器的性能和結(jié)構(gòu)正提出更高的要求。傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計方法在滿 足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)對濾波器低插入損耗、高選擇性、寬阻帶、小型化、易于集成等方面的 要求則顯不足。為了兼顧對濾波器高性能和小型化等多方面的需求，人們將基片集成波導(dǎo) 和半?；刹▽?dǎo)、折疊基片集成波導(dǎo)、消逝?；刹▽?dǎo)等改進(jìn)結(jié)構(gòu)應(yīng)用到濾波器 的設(shè)計中，主要通過基片中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的變化實現(xiàn)小型化，并提高其阻帶性能。但運些方式實 現(xiàn)的濾波器在兼顧元件的良好特性和緊湊型等方面有明顯限制。
[0003] 另一方面，基于介質(zhì)諧振器的微波電路電磁性能良好，具有體積小、插損低和結(jié)構(gòu) 靈活等優(yōu)點，已被廣泛地應(yīng)用于微波電路和天線的設(shè)計中。但目前的介質(zhì)諧振器電路大多 依托于金屬腔體，難W與平面電路實現(xiàn)一體化集成。因此，研發(fā)一種能將介質(zhì)諧振器與微波 平面集成電路的優(yōu)勢結(jié)合起來的實現(xiàn)方案有重要應(yīng)用價值。上海交通大學(xué)有研究人員在 2009年提出了一種介質(zhì)加載基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并W此實現(xiàn)了一款帶通濾波器。該濾波器 具有結(jié)構(gòu)緊湊、插損小、寄生通帶距離主通帶較遠(yuǎn)等特性。但運款帶通濾波器采用的是在基 片集成波導(dǎo)方腔的中屯、加載介質(zhì)柱來實現(xiàn)，運就導(dǎo)致元件整體尺寸偏大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的是采用在半?；刹▽?dǎo)中加載介質(zhì)柱的方法，實現(xiàn)一種介 質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，該濾波器可被用于高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)射頻前端。
[0005] 本發(fā)明通過W下技術(shù)方案實現(xiàn):一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，包 括介質(zhì)基板、設(shè)于基板正面的金屬貼片、W及覆蓋基板背面的接地板，其特征在于:所述金 屬貼片包括矩形金屬貼片、通過阻抗?jié)u變微帶線與矩形金屬貼片連接的位于兩端的輸入輸 出微帶饋線。
[0006] 所述矩形金屬貼片通過一排金屬化通孔與接地板連接，金屬化通孔、接地板W及 金屬貼片一起構(gòu)成了半?；刹▽?dǎo)。
[0007] 所述介質(zhì)基板設(shè)有n+1個圓柱形通孔，其中η大于或等于1，通孔內(nèi)填充有介質(zhì)柱， 介質(zhì)柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片及接地板。
[000引所述矩形金屬貼片上分布有η個阻抗槽線，阻抗槽線位于相鄰兩介質(zhì)柱之間，其距 離金屬化通孔較遠(yuǎn)的一端與矩形金屬貼片的長邊重合。
[0009]所述阻抗?jié)u變微帶線為直角梯形金屬貼片，其高阻抗端與矩形金屬貼片相連，低 阻抗端與微帶饋線相連。
[0010] 所述阻抗槽線為兩段或兩段w上阻抗不同的槽線構(gòu)成的階梯形槽線。
[0011] 所述介質(zhì)柱為高性能陶瓷材料。
[0012] 本發(fā)明中每個加載介質(zhì)柱的半?；刹▽?dǎo)單元都被視為一個諧振單元。通過 改變介質(zhì)柱的尺寸，確定介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)單元的諧振頻率;精確設(shè)計半模基片 集成波導(dǎo)的寬度（即金屬化通孔的中屯、到矩形金屬貼片較遠(yuǎn)長邊的距離），確定半?；?成波導(dǎo)的主模截止頻率，并且該主模截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)單元的 諧振頻率，對縮小濾波器的尺寸非常有利。各諧振單元之間互相有禪合作用，最終實現(xiàn)帶通 濾波器的傳輸特性。
[0013] 所述介質(zhì)加載半模基片集成波導(dǎo)帶通濾波器的關(guān)鍵技術(shù)難點之一在于解決加載 介質(zhì)柱的半?；刹▽?dǎo)單元之間的禪合問題，確定影響濾波器傳輸特性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參 數(shù)。在加載介質(zhì)柱的半?；刹▽?dǎo)單元之間刻蝕階梯阻抗槽線，有效地減弱了相鄰諧 振單元之間的禪合，使整個濾波器結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且對由半?；刹▽?dǎo)的主模所引 起的高次諧波也有很大的抑制作用，極大地拓展濾波器的阻帶范圍。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點和有益效果是：
[0015] 1、采用半模基片集成波導(dǎo)技術(shù)設(shè)計濾波器，相對于傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)和傳輸線結(jié)構(gòu)的 濾波器，其具有損耗低、品質(zhì)因數(shù)高和易于集成等優(yōu)點。而半模基片集成波導(dǎo)與傳統(tǒng)的基片 集成波導(dǎo)相比，在保持了基片集成波導(dǎo)傳輸特性的同時，尺寸減小了一半，結(jié)構(gòu)更為緊湊， 集成度更高。
[0016] 2、采用介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)，使得濾波器尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計簡單，成 本低，可W適用于多種通信系統(tǒng)。
[0017] 3、該濾波器不但具有插入損耗低、選擇性好等特點，而且其寄生響應(yīng)距離主通帶 遠(yuǎn)，因此同時具有諧波抑制特性好的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018] 圖1為一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器結(jié)構(gòu)主視圖；
[0019] 圖2為一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器結(jié)構(gòu)后視圖；
[0020] 圖3為一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸圖；
[0021] 圖4為一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器寬帶范圍傳輸特性曲線；
[0022] 圖5為一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器窄帶范圍傳輸特性曲線。
[0023] 附圖標(biāo)號說明：1.接地板，2.介質(zhì)基板，3.矩形金屬貼片，4.阻抗?jié)u變微帶線，5.介 質(zhì)柱，6.金屬化通孔，7.槽線，8.輸入輸出微帶饋線。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0025] 如圖1和圖2所示，一種介質(zhì)加載半模基片集成波導(dǎo)帶通濾波器，包括矩形介質(zhì)基 板2(介質(zhì)基板2為長*寬*厚= 32mm*14mm*0.787mm的Rogers duroid 5880基板，其相對介電 常數(shù)er = 2.2,損耗角正切tanS = 〇.〇〇〇9。）、設(shè)于基板正面的金屬貼片、W及覆蓋基板背面 的接地板1。
[0026] 金屬貼片包括矩形金屬貼片3、通過梯形阻抗?jié)u變微帶線4與矩形金屬貼片3連接 的位于兩端的50 Ω輸入輸出微帶饋線8，金屬貼片下端與基板長邊的距離為5.6mm。
[0027] 矩形金屬貼片3通過一排圓形金屬化通孔6與接地板1連接，通孔直徑為0.8mm，通 孔間隙為0.75mm。
[0028] 本實施例為Ξ階帶通濾波器，因此介質(zhì)基板設(shè)有3個填充有介質(zhì)柱5的圓柱形通 孔，介質(zhì)柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片3及接地板1。介質(zhì)柱5的材料為介電常數(shù)大于 介質(zhì)基板的高性能陶瓷材料，其尺寸由濾波器的工作頻率確定，本實施例中介質(zhì)柱的相對 介電常數(shù)為Erd = 39,且中間介質(zhì)柱的半徑大于兩側(cè)介質(zhì)柱的半徑。
[0029] 矩形金屬貼片3上分布有2個由兩段寬度不同的槽線組成的階梯形阻抗槽線，用于 減弱加載介質(zhì)柱的半?；刹▽?dǎo)單元之間的禪合強(qiáng)度。
[0030] 該實施例尺寸標(biāo)記如圖3所示，具體對應(yīng)參數(shù)如下表所示：
[0031]
[0032] 仿真結(jié)果如圖4和圖5所示，其中圖4為寬帶范圍的傳輸特性，圖5為窄帶范圍的傳 輸特性。從仿真結(jié)果可W看出，本實施例的中屯、頻率為5G化，相對帶寬7.5%，通帶內(nèi)插入損 耗絕對值低于0.95地，回波損耗絕對值大于18dB，-20地阻帶抑制從5.35G化開始，最高到 16.69細(xì)Z，相當(dāng)于中屯、頻率的3.34倍。整個濾波器的尺寸為20.0 X 4 X 0.787mm3，遠(yuǎn)小于傳 統(tǒng)的平面半模基片集成波導(dǎo)濾波器。
[0033] 因此，本發(fā)明所述的一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，無論從通帶性 能、阻帶帶寬W及體積等方面都有出色的表現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1. 一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，包括介質(zhì)基板、設(shè)于基板正面的金屬 貼片、以及覆蓋基板背面的接地板，其特征在于:所述金屬貼片包括矩形金屬貼片、通過阻 抗?jié)u變微帶線與矩形金屬貼片連接的位于兩端的輸入輸出微帶饋線； 所述矩形金屬貼片通過一排金屬化通孔與接地板連接； 所述介質(zhì)基板設(shè)有Π +1個圓柱形通孔，其中η大于或等于1，圓柱形通孔內(nèi)填充有介質(zhì) 柱，介質(zhì)柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片及接地板； 所述矩形金屬貼片上分布有η個阻抗槽線，阻抗槽線位于相鄰兩介質(zhì)柱之間，其距離金 屬化通孔較遠(yuǎn)的一端與矩形金屬貼片的長邊重合。2. 如權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，其特征在于:所述 阻抗?jié)u變微帶線為直角梯形金屬貼片，其高阻抗端與矩形金屬貼片相連，低阻抗端與微帶 饋線相連。3. 如權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)加載半模基片集成波導(dǎo)帶通濾波器，其特征在于:所述 阻抗槽線為兩段或兩段以上阻抗不同的槽線構(gòu)成的階梯形槽線。4. 如權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，其特征在于:所述 介質(zhì)柱為陶瓷材料。
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種介質(zhì)加載半?；刹▽?dǎo)帶通濾波器，屬于微波毫米波領(lǐng)域。濾波器包括介質(zhì)基板、設(shè)于基板正面的金屬貼片、以及覆蓋基板背面的接地板，基板上加載有介質(zhì)柱，且介質(zhì)柱之間刻蝕有階梯阻抗槽線。本發(fā)明采用半模基片集成波導(dǎo)技術(shù)設(shè)計濾波器，相對于傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)和傳輸線結(jié)構(gòu)的濾波器，其具有損耗低、品質(zhì)因數(shù)高和易于集成等優(yōu)點。而半?；刹▽?dǎo)與傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)相比，在保持了基片集成波導(dǎo)傳輸特性的同時，尺寸減小了一半，結(jié)構(gòu)更為緊湊，集成度更高。
【IPC分類】H01P1/203
【公開號】CN105655673
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】張巧利, 王秉中
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年3月18日