CN109687068B - 宽带sigw带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明宽带SIGW带通滤波器由三层介质板粘接而成。顶层介质板打有周期性金属过孔,其上表面有金属层,下表面有圆形金属贴片,共同形成PMC。底层介质板上表面的金属层上开“类十字形”缝隙,中间两个“类十字形”缝隙列的两个“类十字形”缝隙之间有间隙,而边上两个“类十字形”缝隙列的“类十字形”缝隙之间无间隙;在“类十字形”缝隙列的周围蚀刻不同形状的小缝隙;金属层两端接过渡渐变线金属层。底层介质板两侧和中间位置分别打有周期性金属过孔,下表面印刷接地金属层。本发明实现了宽频带的带通滤波器,解决了传统滤波器中存在辐射损耗和平面波的问题,同时具有带外抑制度高、结构稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域,具体涉及新型SIGW宽带带通滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的发展,频谱资源的紧缺突显的日益紧张,微波带通滤波器在其中的地位越加重要。由于整个无线通信系统向着高性能方向发展,这对系统中滤波器的性能提出了更高的要求。
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)是由介质基板、上下金属面、金属化通孔组成的类波导结构,同时还兼有体积小、造价低、易于加工和集成的优异特性,这使其在滤波器的设计中得到广泛应用。在SIW滤波器的设计中,在其上下金属面开缝隙以形成阻带是其滤波器设计的一个重要方法。但这种SIW滤波器不能有效地抑制空间辐射和平面波。最近提出的基片集成间隙波导(SubstrateIntegrated Gap Waveguide,SIGW)被用来封装微波电路,有效地抑制了空间辐射和表面波,具有制造简单、损耗低、结构稳定、传输性能好以及工作带宽较宽的特性。
本发明使用SIGW来实现自封装的宽带带通滤波器,不仅可以抑制空间辐射和平面波,而且有助于实现高的带外抑制和提高通带传输性能。通过加入SIGW结构,使级联滤波器的各阶电路中增加并联的电容和电感。从而使切比雪夫滤波器变为椭圆滤波器,并使其通带两侧都具有传输零点(Transmission Zero, TZ),带外衰减更加陡峭。
本发明内容,经文献检索,未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足,设计出新型SIGW宽带带通滤波器。
本发明SIGW宽带带通滤波器,包括:顶层介质板(1),中间层介质板(2),底层介质板(3),其中:
a.顶层介质板(1)上打有三列第一周期性金属过孔(4),其上表面印刷有顶层介质板(1)上表面金属层(14),下表面印刷有圆形金属贴片(5);
b.底层介质板(3)的上表面印刷有底层介质板(3)上表面金属层(15),下表面印刷有底层介质板(3)下表面金属层(16);底层介质板(3)的两侧边缘打有第二周期性金属过孔(17),并在中间位置打有第三周期性金属过孔(6);底层介质板(3)上表面金属层(15)上开有“类十字形”缝隙(21),每两个“类十字形”缝隙构成一个“类十字形”缝隙列;中间的两个“类十字形”缝隙列为第一组“类十字形”缝隙列(7、8),边上的两个“类十字形”缝隙为第二组“类十字形”缝隙列(9、19);第一组的每一个“类十字形”缝隙列(7、8)均由两个有间隔的“类十字形”缝隙构成,第二组的每一个“类十字形”缝隙列(9、19)由两个连续的“类十字形”缝隙构成;每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)均关于y轴和第三周期性金属过孔(6)对称;在每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)的周围蚀刻出不同形状的小缝隙(20);底层介质板(3)上表面金属层(15)的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)连接;
c.中间层介质板(2)位于顶层介质板(1)和底层介质板(3)的中间位置;
d.顶层介质板(1)、第一周期性金属过孔(4)和圆形金属贴片(5)组成理想磁导体(PMC)层;
e.底层介质板(3)的宽度与上面两层介质板宽度相同,但长度略长,使过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)处于裸露状态;
f.三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,顶层介质板(1)的介电常数高于中间层介质板(2)和底层介质板(3)的介电常数,中间层介质板(2)和底层介质板(3)的介电常数相同;中间层介质板(2)和底层介质板(3)的损耗角正切要求较高,需尽量选择损耗角正切小的介质板,顶层介质板(1)的损耗角正切要求不高,可选择便宜的大损耗的介质板底;顶层介质板(1)的厚度大于中间层介质板(2)的厚度;顶层介质板(1)与中间层介质板(2)长度和宽度相同。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,在每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)的周围蚀刻出不同形状的小缝隙(20),以增强滤波器的电耦合。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,形成的PMC结构使级联的切比雪夫滤波器的各阶电路中并联的电容和电感增加,使切比雪夫滤波器变为椭圆滤波器,并使其通带两侧都具有传输零点,带外衰减更加陡峭。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,增加顶层介质板(1)的厚度,可以降低工作带宽。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,增加圆形金属贴片(5)的尺寸可以使通带右侧的传输零点向左移动,减小带宽。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,通过改变底层介质板(3)中间位置的第三周期性金属过孔(6)的直径可以改变各级接地电感,实现对该带通滤波器中心频率的调节,而不影响工作带宽。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(3)中的两个“类十字形”缝隙列(7、8)的两个“类十字形”缝隙之间存在间隙(18),调整间隙(18)的长度可以消除该带通滤波器的带外阻带的谐振问题。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,顶层介质板(1)、第一周期性金属过孔(4)和圆形金属贴片(5)组成理想磁导体(PMC)层,有效减少了空间辐射损耗,抑制了平面波,同时解决了空间谐振的问题。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(1)的厚度大于中间层介质板(2)的厚度,有助于形成覆盖滤波器工作频带的带隙。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,中间层介质板(2)代替不稳定的空气间隙,保障上下两层介质板(顶层介质板1、底层介质板3)之间有一个稳定的间隙高度。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,与底层介质板(3)上表面金属层(15)连接的过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)使新型SIGW宽带带通滤波器的特性阻抗在频率变化时保持稳定,便于集成。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(3)的宽度与上面两层介质板宽度相同,但长度略长,使过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)处于裸露状态,以便于测试。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、在通带范围内具有较宽的通带;
2、解决了传统缝隙的基片集成波导滤波器中辐射损耗和平面波的问题;
3、结构稳定,易集成,易加工;
4、封装结构使滤波器通带两侧都具有传输零点;
5、封装结构能够调节滤波器的带宽和传输零点。
附图说明
图1为本发明SIGW宽带带通滤波器的整体结构图。
图2为本发明SIGW宽带带通滤波器的顶层介质板上表面图。
图3为本发明SIGW宽带带通滤波器的顶层介质板下表面图。
图4为本发明SIGW宽带带通滤波器的底层介质板上表面图。
图5为本发明SIGW宽带带通滤波器的底层介质板下表面图。
图6为本发明SIGW宽带带通滤波器在12-22 GHz的S11和S21的测试图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1-6所示,本发明SIGW宽带带通滤波器,包括:顶层介质板(1),中间层介质板(2),底层介质板(3),其中:
a.顶层介质板(1)上打有三列第一周期性金属过孔(4),其上表面印刷有顶层介质板(1)上表面金属层(14),下表面印刷有圆形金属贴片(5);
b.底层介质板(3)的上表面印刷有底层介质板(3)上表面金属层(15),下表面印刷有底层介质板(3)下表面金属层(16);底层介质板(3)的两侧边缘打有第二周期性金属过孔(17),并在中间位置打有第三周期性金属过孔(6);底层介质板(3)上表面金属层(15)上开有“类十字形”缝隙(21),每两个“类十字形”缝隙构成一个“类十字形”缝隙列;中间的两个“类十字形”缝隙列为第一组“类十字形”缝隙列(7、8),边上的两个“类十字形”缝隙为第二组“类十字形”缝隙列(9、19);第一组的每一个“类十字形”缝隙列(7、8)均由两个有间隔的“类十字形”缝隙构成,第二组的每一个“类十字形”缝隙列(9、19)由两个连续的“类十字形”缝隙构成;每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)均关于y轴和第三周期性金属过孔(6)对称;在每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)的周围蚀刻出不同形状的小缝隙(20);底层介质板(3)上表面金属层(15)的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)连接;
c.中间层介质板(2)位于顶层介质板(1)和底层介质板(3)的中间位置;
d.顶层介质板(1)、第一周期性金属过孔(4)和圆形金属贴片(5)组成理想磁导体(PMC)层;
e.底层介质板(3)的宽度与上面两层介质板宽度相同,但长度略长,使过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)处于裸露状态;
f.三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,顶层介质板(1)的介电常数高于中间层介质板(2)和底层介质板(3)的介电常数,中间层介质板(2)和底层介质板(3)的介电常数相同;中间层介质板(2)和底层介质板(3)的损耗角正切要求较高,需尽量选择损耗角正切小的介质板,顶层介质板(1)的损耗角正切要求不高,可选择便宜的大损耗的介质板底;顶层介质板(1)的厚度大于中间层介质板(2)的厚度;顶层介质板(1)与中间层介质板(2)长度和宽度相同。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,在每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)的周围蚀刻出不同形状的小缝隙(20),以增强滤波器的电耦合。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,形成的PMC结构使级联的切比雪夫滤波器的各阶电路中并联的电容和电感增加,使切比雪夫滤波器变为椭圆滤波器,并使其通带两侧都具有传输零点,带外衰减更加陡峭。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,增加顶层介质板(1)的厚度,可以降低工作带宽。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,增加圆形金属贴片(5)的尺寸可以使通带右侧的传输零点向左移动,减小带宽。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,通过改变底层介质板(3)中间位置的第三周期性金属过孔(6)的直径可以改变各级接地电感,实现对该带通滤波器中心频率的调节,而不影响工作带宽。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(3)中的两个“类十字形”缝隙列(7、8)的两个“类十字形”缝隙之间存在间隙(18),调整间隙(18)的长度可以消除该带通滤波器的带外阻带的谐振问题。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,顶层介质板(1)、第一周期性金属过孔(4)和圆形金属贴片(5)组成理想磁导体(PMC)层,有效减少了空间辐射损耗,抑制了平面波,同时解决了空间谐振的问题。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(1)的厚度大于中间层介质板(2)的厚度,有助于形成覆盖滤波器工作频带的带隙。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,中间层介质板(2)代替不稳定的空气间隙,保障上下两层介质板(顶层介质板1、底层介质板3)之间有一个稳定的间隙高度。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,与底层介质板(3)上表面金属层(15)连接的过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)使新型SIGW宽带带通滤波器的特性阻抗在频率变化时保持稳定,便于集成。
所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(3)的宽度与上面两层介质板宽度相同,但长度略长,使过渡渐变线金属层(10、11)和过渡渐变线金属层(12、13)处于裸露状态,以便于测试。
本发明实施案例中,顶层介质板(1)采用介电常数为4.6、损耗角正切为0.02,厚度1.6mm的FR4介质材料;中间层介质板(2)采用介电常数为3.36、损耗角正切为0.0027、厚度0.304mm的Rogers介质材料;底层介质板(3)采用介电常数为3.36、损耗角正切为0.0027、厚度0.508mm的Rogers介质材料;滤波器整体尺寸为14.6mm*29.2mm*2.412mm。图6所示的结果表明,本发明的滤波器中心频率为17.5GHz,工作带宽为6 GHz,传输零点分别位于12.46GHz和20.96 GHz;PMC结构使滤波器具有宽的阻带,在中心频率的1.76倍处的衰减仍然小于-30 dB。
本发明的滤波器是一种尺寸小、结构简单、传输性能好的新型SIGW宽带带通滤波器。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.新型SIGW宽带带通滤波器,包括:顶层介质板(1),中间层介质板(2),底层介质板(3),其中:
a.顶层介质板(1)上打有三列第一周期性金属过孔(4),顶层介质板(1)的上表面印刷有顶层介质板(1)第一上表面金属层(14),下表面印刷有圆形金属贴片(5);
b.底层介质板(3)的上表面印刷有底层介质板(3)第二上表面金属层(15),下表面印刷有底层介质板(3)下表面金属层(16);底层介质板(3)的两侧边缘打有第二周期性金属过孔(17),并在中间位置打有第三周期性金属过孔(6);底层介质板(3)第二上表面金属层(15)上开有“类十字形”缝隙(21),每两个“类十字形”缝隙构成一个“类十字形”缝隙列;中间的两个“类十字形”缝隙列为第一组“类十字形”缝隙列(7、8),边上的两个“类十字形”缝隙为第二组“类十字形”缝隙列(9、19);第一组的每一个“类十字形”缝隙列(7、8)均由两个有间隔的“类十字形”缝隙构成,第二组的每一个“类十字形”缝隙列(9、19)由两个连续的“类十字形”缝隙构成;每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)均关于第三周期性金属过孔(6)对称;在每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)的周围蚀刻出不同形状的小缝隙(20);底层介质板(3)第二上表面金属层(15)的两端分别与印刷的第一过渡渐变线金属层(10、11)和第二过渡渐变线金属层(12、13)连接;
c.中间层介质板(2)位于顶层介质板(1)和底层介质板(3)的中间位置;
d.顶层介质板(1)、第一周期性金属过孔(4)和圆形金属贴片(5)组成理想磁导体(PMC)层;
e.底层介质板(3)的宽度与顶层介质板(1)和中间层介质板(2)的宽度相同,但底层介质板(3)的长度大于顶层介质板(1)和中间层介质板(2)的长度,使第一过渡渐变线金属层(10、11)和第二过渡渐变线金属层(12、13)处于裸露状态。
2.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述新型SIGW宽带带通滤波器的顶层介质板(1)的介电常数高于中间层介质板(2)和底层介质板(3)的介电常数,中间层介质板(2)和底层介质板(3)的介电常数相同;中间层介质板(2)和底层介质板(3)的损耗角正切要求高,选择损耗角正切小的介质板,顶层介质板(1)的损耗角正切要求不高,选择便宜的大损耗的介质板;顶层介质板(1)的厚度大于中间层介质板(2)的厚度;顶层介质板(1)与中间层介质板(2)长度和宽度相同。
3.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,在每一个“类十字形”缝隙列(7、8、9、19)的周围蚀刻出不同形状的小缝隙(20),以增强滤波器的电耦合。
4.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,形成的理想磁导体(PMC)结构使级联的切比雪夫滤波器的各阶电路中并联的电容和电感增加,使切比雪夫滤波器变为椭圆滤波器,并使其通带两侧都具有传输零点,带外衰减更加陡峭。
5.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,增加顶层介质板(1)的厚度,可以降低工作带宽。
6.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,增加圆形金属贴片(5)的尺寸可以使通带右侧的传输零点向左移动,减小带宽。
7.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,通过改变底层介质板(3)中间位置的第三周期性金属过孔(6)的直径可以改变各级接地电感,实现对该带通滤波器中心频率的调节,而不影响工作带宽。
8.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(3)中的两个“类十字形”缝隙列(7、8)的两个“类十字形”缝隙之间存在间隙(18),调整间隙(18)的长度可以消除该带通滤波器的带外阻带的谐振问题。
9.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述新型SIGW宽带带通滤波器,顶层介质板(1)、第一周期性金属过孔(4)和圆形金属贴片(5)组成理想磁导体(PMC)层,可以减少空间辐射损耗,抑制平面波,解决空间谐振的问题。
10.根据权利要求1所述的新型SIGW宽带带通滤波器,其特征是:所述的新型SIGW宽带带通滤波器,底层介质板(3)的厚度大于中间层介质板(2)的厚度,可以形成覆盖滤波器工作频带的带隙;三层介质板通过粘接或螺丝固定在一起。
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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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