一種新型多層1/8模基片集成波導(dǎo)濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于PCB工藝的多層1/8?；刹▽?dǎo)(Eighth-mode Substrate Integrated Waveguide，EMSIff)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide, SIff)由于高品質(zhì)因數(shù)、大功率容量、易加工和成本低等優(yōu)點(diǎn)在無線通信系統(tǒng)中被廣泛使用，然而它仍然存在不足，即其相比于微波電路中其他元件而言，電路版圖的占用面積較大。在人們不斷探索之下，基于基片集成波導(dǎo)的半模技術(shù)(Half Mode Substrate Integrated Waveguide, HMSIff),四分之一模技術(shù)(Quarter-mode Substrate Integrated Waveguide, QMSIW)，折疊技術(shù)(Folded Substrate Integrated Waveguide, FSIff),折疊半模技術(shù)(Folded Ha If-modeSubstrate Integrated Waveguide, HMSIff)等相繼出現(xiàn)，使得器件在原面積的基礎(chǔ)上大幅減小，而這其中QMSIW和FHMSIW相比原始SIW諧振腔減少的面積最多，可達(dá)到75%。
[0003]而多層技術(shù)的出現(xiàn)，更是在縮小電路版圖上存在巨大的潛力，它通過增加介質(zhì)基片的高度，真正實(shí)現(xiàn)三維的微波集成電路，使得器件面積顯著減少。
[0004]在半模和四分之一模基片集成波導(dǎo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了八分之一模基片集成波導(dǎo)諧振結(jié)構(gòu)(Eighth-mode Substrate Integrated Waveguide, EMSIW)，并結(jié)合多層技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)了濾波器的小型化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]實(shí)用新型的目的:為了提供一種效果更好的新型多層1/8?；刹▽?dǎo)濾波器，具體目的見具體實(shí)施部分的多個實(shí)質(zhì)技術(shù)效果。
[0006]為了達(dá)到如上目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案:
[0007]—種新型多層1/8模基片集成波導(dǎo)濾波器，其特征在于，包括η個介質(zhì)基板3、η+1個金屬層4、輸入端口 1、輸出端口 2，其中η個介質(zhì)基板3與η+1個金屬層4交替排列，每個介質(zhì)基板3均位于相鄰兩個金屬層4之間，每個介質(zhì)基板3上設(shè)有垂直排列的兩排金屬化通孔5，相鄰兩個介質(zhì)基板3之間的金屬層4上開有親合窗口 5，輸入端口 I位于最上層金屬層一端，輸出端口 2位于最下層金屬層的另一端，由所述η個介質(zhì)基板3、η+1個金屬層4和金屬化通孔圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成2η個EMSIW諧振腔，相鄰介質(zhì)基板3之間的兩個諧振腔通過位于諧振腔之間的耦合窗口 5實(shí)現(xiàn)電耦合或磁耦合，同一介質(zhì)基板3的兩個諧振腔之間可以通過將所述介質(zhì)基板3中的金屬化通孔去除若干個形成缺損分布而產(chǎn)生的耦合通道7實(shí)現(xiàn)磁親合。
[0008]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述輸入端口 I和輸出端口 2通過微帶線分別與最鄰近的介質(zhì)基板3上的兩個諧振腔實(shí)現(xiàn)耦合。
[0009]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述諧振腔為EMSIW諧振腔。
[0010]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，靠近連接有輸入端的最外層金屬層的第一層介質(zhì)基板及其底面的金屬層向一端延伸以連接輸入端，而靠近連接有輸出端的最外層金屬層的最后一層介質(zhì)基板及其底面的金屬層向另一端延伸以支持輸出端的微帶線。
[0011]采用如上技術(shù)方案的本實(shí)用新型，相對于現(xiàn)有技術(shù)有如下有益效果:
[0012](I)本實(shí)用新型濾波器由于采用EMSIW諧振腔，可以將濾波器的體積減小到普通SIW諧振腔濾波器的1/8;
[0013](2)本實(shí)用新型濾波器采用多層設(shè)計(jì)將2η個EMSIW諧振腔分布在η層介質(zhì)基板上，而只占用兩個EMSIW諧振腔平面尺寸，且不會因?yàn)闉V波器階數(shù)的增加而增大平面尺寸，在很大程度上減小了濾波器的平面尺寸；
[0014](3)本實(shí)用新型濾波器結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低、容易與其它電路集成設(shè)計(jì)，并且可以通過耦合窗口或耦合通道調(diào)節(jié)耦合量的大小，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說明】
[0015]為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖進(jìn)一步進(jìn)行說明:
[0016]圖1為本實(shí)用新型多層EMSIW濾波器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的回波損耗對比圖；
[0018]圖3為采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的2層EMSIW濾波器實(shí)施例的S參數(shù)仿真結(jié)果。
[0019]其中:1輸入端口、2輸出端口、3介質(zhì)基板、4金屬層、5金屬化通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行說明，實(shí)施例不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制:
[0021]本實(shí)用新型濾波器的原理如下:
[0022]以八分之一模基片集成波導(dǎo)作為諧振腔，為確保其可行性，對能量演變過程進(jìn)行了討論。當(dāng)諧振腔工作在TEm模式下，腔體內(nèi)的場分布是均勻的，具有對稱性。通過對原始諧振腔SIW，QMSIW以及EMSIW進(jìn)行仿真，得到回波損耗曲線對比圖，如圖2所示。當(dāng)諧振腔為原始的SIW時，同時存在TE1Q1、TE1Q2和TE 2。2模，其諧振頻率分別在6.05GHZ、9.53GHZ和13.5GHZ ;當(dāng)諧振腔為QMSIW時，則存在TE101和TE 202模，其諧振頻率分別在5.67GHZ和14.9GHZ ;而當(dāng)其為EMSIW時，與QMSIW —樣，存在TEm和TE 2。2模，其諧振頻率分別在
5.5IGHZ和12.46GHZ。由此可知，當(dāng)諧振腔為QMSIW和EMSIW時，不存在TEiq2模，這是因?yàn)門E102模僅存在于沿Y方向的等效磁壁，而不存在于沿X方向的等效磁壁，而TE 1Q1和TE 2。2模則沿X和Y方向的等效磁壁均存在。因此，本文提出的EMSIW僅存在TEiq JP TE 2。2模，原始諧振腔SIW中的TE102模消失了。
[0023]下面以包含兩個介質(zhì)基板3、三個金屬層4、形成四個諧振腔的濾波器為例對本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述:
[0024]如圖1所示為本實(shí)用新型多層EMSIW濾波器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，該圖下方為濾波器結(jié)構(gòu)圖，上方為濾波器的結(jié)構(gòu)分解圖，濾波器由若干金屬層和若干介質(zhì)基板緊密結(jié)合形成。由圖可知該濾波器包括輸入端口 1、輸出端口 2、兩個介質(zhì)基板3、三個金屬層4、互相垂直的兩排金屬化通孔、親合窗口和親合縫隙5，由兩層介質(zhì)基板3、三層金屬層4以及金屬化通孔所圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成四個EMSIW諧振腔(圖中線圈只是一個示意，并不是對諧振腔范圍的限定)，輸入端口 I與輸出端口 2分別位于上層的金屬板與下層的金屬板的一端，分別通過50 Ω微帶線直接與EMSIW諧振腔耦合，通過調(diào)整微帶線與諧振腔的耦合位置調(diào)節(jié)輸入輸出諧振腔的有載Q值。為了使濾波器便于連接使用，靠近連接有輸入端的最外層金屬層的第一層介質(zhì)基板及其底面的金屬層向一端延伸以支持輸入端1，而靠近連接有輸出端的最外層金屬層的最后一層介質(zhì)基板及其地面金屬層向另一端延伸以支持輸出端2的微帶線。
[0025]上層的介質(zhì)基板與下層的介質(zhì)基板之間的中間的金屬層上開有槽形三個耦合窗口，諧振腔之間均通過耦合窗口實(shí)現(xiàn)耦合，根據(jù)耦合窗口位置的不同進(jìn)行電耦合或者磁耦合，根據(jù)耦合窗口的大小不同調(diào)整耦合量的大小。同一介質(zhì)基板上的兩個諧振腔之間縱向排列有金屬化通孔，在同一介質(zhì)基板上的兩個諧振腔之間將二者完全隔開，使得同一介質(zhì)基板上的兩個諧振腔之間沒有耦合發(fā)生。
[0026]利用圖1所示的濾波器，設(shè)計(jì)一個4階切比雪夫函數(shù)響應(yīng)的EMSIW濾波器，濾波器回波損耗對比圖見圖2。選擇介電常數(shù)為2.2，厚度為0.254mm的Rogers 5880介質(zhì)基板，優(yōu)化各設(shè)計(jì)參數(shù)，得到C頻段多層EMSIW濾波器仿真結(jié)果如圖3所示，圖3為采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的多層EMSIW濾波器實(shí)施例的S參數(shù)仿真結(jié)果，由圖3可知，中心頻率為5.5GHz，帶寬1280MHz，帶內(nèi)插損小于3dB，帶內(nèi)Sll < _20dB。本實(shí)用新型說明書未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
[0027]需要說明的是，本專利提供的多個方案包含本身的基本方案，相互獨(dú)立，并不相互制約，但是其也可以在不沖突的情況下相互組合，達(dá)到多個效果共同實(shí)現(xiàn)。
[0028]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型多層1/8?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于，包括η個介質(zhì)基板(3)、η+1個金屬層(4)、輸入端口(I)、輸出端口(2)，其中η個介質(zhì)基板(3)與η+1個金屬層(4)交替排列，每個介質(zhì)基板(3)均位于相鄰兩個金屬層(4)之間，每個介質(zhì)基板(3)上設(shè)有垂直排列的兩排金屬化通孔(5)，相鄰兩個介質(zhì)基板(3)之間的金屬層(4)上開有耦合窗口(5)，輸入端口(I)位于最上層金屬層一端，輸出端口(2)位于最下層金屬層的另一端，由所述η個介質(zhì)基板(3)、η+1個金屬層(4)和金屬化通孔圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成2η個EMSIW諧振腔，相鄰介質(zhì)基板(3)之間的兩個諧振腔通過位于諧振腔之間的耦合窗口(5)實(shí)現(xiàn)電耦合或磁耦合，同一介質(zhì)基板(3)的兩個諧振腔之間可以通過將所述介質(zhì)基板(3)中的金屬化通孔去除若干個形成缺損分布而產(chǎn)生的耦合通道(7)實(shí)現(xiàn)磁耦合。2.如權(quán)利要求1所述的一種新型多層1/8?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于，所述輸入端口(I)和輸出端口(2)通過微帶線分別與最鄰近的介質(zhì)基板(3)上的兩個諧振腔實(shí)現(xiàn)規(guī)A柄口 O3.如權(quán)利要求1所述的一種新型多層1/8?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于，所述諧振腔為EMSIW諧振腔。4.如權(quán)利要求1所述的一種新型多層1/8?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于，靠近連接有輸入端的最外層金屬層的第一層介質(zhì)基板及其底面的金屬層向一端延伸以連接輸入端，而靠近連接有輸出端的最外層金屬層的最后一層介質(zhì)基板及其底面的金屬層向另一端延伸以支持輸出端的微帶線。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型多層1/8?；刹▽?dǎo)濾波器，包括n個介質(zhì)基板3、n+1個金屬層4、輸入端口1、輸出端口2，其中n個介質(zhì)基板3與n+1個金屬層4交替排列，每個介質(zhì)基板3均位于相鄰兩個金屬層4之間，每個介質(zhì)基板3上設(shè)有垂直排列的兩排金屬化通孔5，相鄰兩個介質(zhì)基板3之間的金屬層4上開有耦合窗口5，輸入端口1位于最上層金屬層一端，輸出端口2位于最下層金屬層的另一端，由所述n個介質(zhì)基板3、n+1個金屬層4和金屬化通孔圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成2n個EMSIW諧振腔，相鄰介質(zhì)基板3之間的兩個諧振腔通過位于諧振腔之間的耦合窗口5實(shí)現(xiàn)電耦合或磁耦合，同一介質(zhì)基板3的兩個諧振腔之間可以通過將所述介質(zhì)基板3中的金屬化通孔去除若干個形成缺損分布而產(chǎn)生的耦合通道7實(shí)現(xiàn)磁耦合。
【IPC分類】H01P1/208, H01P1/207
【公開號】CN204885382
【申請?zhí)枴緾N201520571079
【發(fā)明人】朱永忠, 段曉曦, 鄧欣, 李樂
【申請人】中國人民武裝警察部隊(duì)工程大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月31日