CN110137637A - 一种ltcc小型化基片集成波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，包括由上往下依次排列设置的第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层，所述第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层分别设有对应的金属通孔，所述第二金属层设有耦合窗口，所述第二金属层开设有凹槽。本发明通过金属层和介质基板形成小型化基片集成波导谐振腔，从而可以将滤波器的体积有效减小。而且本发明滤波器采用多层耦合设计，将形成的多个小型化基片集成波导谐振腔分布在多层介质基板上，每层有两个高度小型化的多重折叠基片集成波导谐振腔，面积相当于原始基片集成波导谐振腔面积的6％以下。本发明可广泛应用于微波技术领域中。

Description

一种LTCC小型化基片集成波导滤波器

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其涉及一种LTCC小型化基片集成波导滤波器。

背景技术

近年来，基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，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。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能较少尺寸的LTCC小型化基片集成波导滤波器。

本发明所采取的技术方案是：

一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，包括由上往下依次排列设置的第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层，所述第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层分别设有对应的金属通孔，所述第二金属层设有耦合窗口，所述第二金属层开设有凹槽，所述第一金属层设有输入端口，所述第三金属层设有输出端口。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，在同一层面的所述金属通孔为两排并呈垂直型分布设置。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，在同一层面的所述金属通孔呈L型分布设置。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，在同一层面的所述金属通孔呈T型分布设置。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，所述凹槽为矩形凹槽，并设置于所述金属通孔的边缘。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，所述耦合窗口包括第一耦合窗口、第二耦合窗口和第三耦合窗口，所述第一耦合窗口和第二耦合窗口分别对应设置于第二金属层上，所述第三耦合窗口设置与第二金属层的中间。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，所述第一耦合窗口和第二耦合窗口均为C型窗口，所述第三耦合窗口为矩形窗口。

本发明所采用另一个技术方案是：

一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，包括2N层介质基板和2N+1层金属层，所述介质基板和金属层由上往下交替堆叠，其中，上表面和下表面均为金属层，中间的金属层设有耦合窗口，所述中间的金属层开设有凹槽，各所述介质基板和金属层分别设有对应的金属通孔，N为正整数。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，还包括有设置于金属层上的输入端口和输出端口，所述输入端口和输出端口设置于同一层金属层上或设置于不同层的金属层上。

作为所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器的进一步改进，在同一层面的所述金属通孔为两排并呈垂直型分布设置。

本发明的有益效果是：

本发明一种LTCC小型化基片集成波导滤波器通过金属层和介质基板形成小型化基片集成波导谐振腔，从而可以将滤波器的体积有效减小。而且本发明滤波器采用多层耦合设计，将形成的多个小型化基片集成波导谐振腔分布在多层介质基板上，每层有两个高度小型化的多重折叠基片集成波导谐振腔，其面积相当于原始基片集成波导谐振腔面积的6％以下。

附图说明

图1是本发明一种LTCC小型化基片集成波导滤波器一个实施例的结构示意图；

图2是本发明一种LTCC小型化基片集成波导滤波器另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明一种LTCC小型化基片集成波导滤波器一个实施例的金属层的结构示意图；

图4是本发明一种LTCC小型化基片集成波导滤波器一个实施例的S参数仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为″固定″、″连接″在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的″一种″、″所述″和″该″也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语″和/或″包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(″例如″、″如″等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

参考图1和图3，本发明实施例提供了一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，包括由上往下依次排列设置的第一金属层101、第一介质基板102、第二金属层103、第二介质基板104和第三金属层105，所述第一金属层101、第一介质基板102、第二金属层103、第二介质基板104和第三金属层105分别设有对应的金属通孔106，所述第二金属层103设有耦合窗口107，所述第二金属层103开设有凹槽1031，所述第一金属层101设有输入端口108，所述第三金属层105设有输出端口109。

本实施例中第一金属层101、第一介质基板102、第二金属层103、第二介质基板104和第三金属层105，以及结合每一层上的金属通孔106，其所围成的半开放式结构构成四个小型化基片集成波导谐振腔。

本实施例所述输入端口108和输出端口109均采用微带线实现，其设置于所属金属层的一端，分别通过50Ω微带线直接与小型化基片集成波导谐振腔耦合，可以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，靠近连接有输入端口108的第一金属层101的第一介质基板102及其第三金属层105向一端延伸以支持输入端口108，而靠近连接有输出端的第三金属层105的第二层介质基板及其地面金属层向另一端延伸以支持输出端口109的微带线。

进一步作为优选的实施方式，在同一层面的所述金属通孔106为两排并呈垂直型分布设置。

进一步作为优选的实施方式，在同一层面的所述金属通孔106呈L型分布设置。当在同一层面的所述金属通孔106呈L型分布时，在同一层上只有一个谐振腔。

进一步作为优选的实施方式，在同一层面的所述金属通孔106呈T型分布设置。当在同一层面的所述金属通孔106呈T型分布时，在同一层上有两个谐振腔。

进一步作为优选的实施方式，所述凹槽1031为矩形凹槽1031，并设置于所述金属通孔106的边缘。

所述凹槽1031主要是用于通过上下层的耦合，实现谐振腔频率降低，或者减小谐振腔的电尺寸。

进一步作为优选的实施方式，所述耦合窗口107包括第一耦合窗口1071、第二耦合窗口1072和第三耦合窗口1073，所述第一耦合窗口1071和第二耦合窗口1072分别对应设置于第二金属层103上，所述第三耦合窗口1073设置与第二金属层103的中间。

进一步作为优选的实施方式，所述第一耦合窗口1071和第二耦合窗口1072均为C型窗口，所述第三耦合窗口1073为矩形窗口。

本实施例中，谐振腔之间均通过耦合窗口107实现耦合，根据耦合窗口107位置的不同进行电耦合或者磁耦合，根据耦合窗口107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通孔106，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。

本实施例中，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小型化基片集成波导滤波器。选择介电常数为2.2，厚度为0.508mm的Rogers 5880介质基板，优化各设计参数，得到C频段多层小型化基片集成波导滤波器仿真结果如图3所示，图3为采用本发明结构的多层小型化基片集成波导滤波器实施例的S参数仿真结果，由图4可知，中心频率为4.18GHz，带宽940MHz，带内插损小于1dB，带内S11＜-16dB，四个反射零点分别在3.69GHz、4GHz、4.38GHz和4.47GHz，两个传输零点分别在3.43GHz和4.6GHz。本发明说明书未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

参考图2，本实施例还提供了一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，包括2N层介质基板203和2N+1层金属层205，所述介质基板203和金属层205由上往下交替堆叠，其中，上表面和下表面均为金属层205，中间的金属层205设有耦合窗口202，所述中间的金属层205开设有凹槽204，各所述介质基板203和金属层205分别设有对应的金属通孔207，N为大正整数。

本实施例中金属层205和介质基板203，以及结合每一层上的金属通孔106，其所围成的半开放式结构构成小型化基片集成波导谐振腔。所述凹槽204主要是用于通过上下层的耦合，实现谐振腔频率降低，或者减小谐振腔的电尺寸。

本实施例所述输入端口201和输出端口206均采用微带线实现，其设置于所属金属层的一端，分别通过50Ω微带线直接与小型化基片集成波导谐振腔耦合，可以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，靠近连接有输入端口201的上表面的金属层205的第一层介质基板203及下表面的金属层205向一端延伸以支持输入端口201，而靠近连接有输出端的上表面的金属层的最后一层介质基板203及其下表面的金属层205向另一端延伸以支持输出端口206的微带线。

本实施例中，谐振腔之间均通过耦合窗口202实现耦合，根据耦合窗口202位置的不同进行电耦合或者磁耦合，根据耦合窗口202的大小不同调整耦合量的大小。同一介质基板203上的两个谐振腔之间纵向排列有金属通孔207，在同一介质基板203上的两个谐振腔之间将二者完全隔开，使得同一介质基板203上的两个谐振腔之间没有耦合发生。

进一步作为优选的实施方式，还包括有设置于金属层205上的输入端口201和输出端口206，所述输入端口201和输出端口206设置于同一层金属层205上或设置于不同层的金属层205上。

进一步作为优选的实施方式，在同一层面的所述金属通孔207为两排并呈垂直型分布设置。

从上述内容可知，本发明一种LTCC小型化基片集成波导滤波器通过金属层和介质基板形成小型化基片集成波导谐振腔，从而可以将滤波器的体积有效减小到普通SIW谐振腔滤波器的1/16。而且本发明滤波器采用多层耦合设计，将形成的多个小型化基片集成波导谐振腔分布在多层介质基板上，每层有两个高度小型化的多重折叠基片集成波导谐振腔，其面积相当于原始基片集成波导谐振腔面积的6％以下。本发明滤波器尺寸小，集成度高，性能优越。可以通过金属通孔106及各种形状的窗口实现磁电耦合。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：包括由上往下依次排列设置的第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层，所述第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板和第三金属层分别设有对应的金属通孔，所述第二金属层设有耦合窗口，所述第二金属层开设有凹槽，所述第一金属层设有输入端口，所述第三金属层设有输出端口。

2.根据权利要求1所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：在同一层面的所述金属通孔为两排并呈垂直型分布设置。

3.根据权利要求1所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：在同一层面的所述金属通孔呈L型分布设置。

4.根据权利要求1所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：在同一层面的所述金属通孔呈T型分布设置。

5.根据权利要求1所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：所述凹槽为矩形凹槽，并设置于所述金属通孔的边缘。

6.根据权利要求1所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器其特征在于：所述耦合窗口包括第一耦合窗口、第二耦合窗口和第三耦合窗口，所述第一耦合窗口和第二耦合窗口分别对应设置于第二金属层上，所述第三耦合窗口设置与第二金属层的中间。

7.根据权利要求6所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：所述第一耦合窗口和第二耦合窗口均为C型窗口，所述第三耦合窗口为矩形窗口。

8.一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：包括2N层介质基板和2N+1层金属层，所述介质基板和金属层由上往下交替堆叠，其中，上表面和下表面均为金属层，中间的金属层设有耦合窗口，所述中间的金属层开设有凹槽，各所述介质基板和金属层分别设有对应的金属通孔，N为正整数。

9.根据权利要求8所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：还包括有设置于金属层上的输入端口和输出端口，所述输入端口和输出端口设置于同一层金属层上或设置于不同层的金属层上。

10.根据权利要求8所述的一种LTCC小型化基片集成波导滤波器，其特征在于：在同一层面的所述金属通孔为两排并呈垂直型分布设置。