一種可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，包括基片集成波導諧振腔。基片集成波導諧振腔包括介質基片、設置在介質基片正面和反面的兩層金屬層，以及沿介質基片邊緣設置的貫穿兩層金屬層的外圍金屬化通孔；基片集成波導兩端設有輸入端口和輸出端口，外圍金屬化通孔圍成的區域內設有多組內部金屬化通孔，內部金屬化通孔包括共線的兩列內部金屬化通孔，共線的兩列內部金屬化通孔之間形成感性窗，上金屬層上開設有位于感性窗上方的非諧振節點結構。本實用新型可通過調整非諧振節點結構的尺寸來控制電耦合強度，通過調整感性窗的寬度來控制磁耦合強度，從而控制傳輸零點位于上阻帶還是下阻帶。
【專利說明】
一種可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器
技術領域
[0001] 本實用新型涉及基片集成波導濾波器，特別是涉及一種可控混合電磁耦合基片集 成波導濾波器。
【背景技術】
[0002] 基片集成波導是近年來出現在微波毫米波領域內的一種能夠集成于介質基片中 的新型導波結構，用它構成的濾波器具有插入損耗小、輻射低、功率容量高等優點。
[0003] 現有技術中提出了能夠產生混合電磁耦合的基片集成波導濾波器，但是其無法實 現電磁耦合的可控，也即無法通過控制電耦合和磁耦合的強弱來控制傳輸零點位于上阻帶 或者下阻帶，設計靈活性較差。 【實用新型內容】
[0004] 實用新型目的:本實用新型的目的是提供一種能夠實現電磁耦合可控的基片集成 波導濾波器。
[0005] 技術方案:為達到此目的，本實用新型采用以下技術方案：
[0006] 本實用新型所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，包括基片集成波導諧 振腔，所述基片集成波導諧振腔包括介質基片、設置在介質基片正面的上金屬層、設置在介 質基片反面的下金屬層，以及沿介質基片邊緣設置的貫穿兩層金屬層的外圍金屬化通孔， 基片集成波導諧振腔兩端設有輸入端口和輸出端口，所述外圍金屬化通孔圍成的區域內設 有多組內部金屬化通孔，內部金屬化通孔包括共線的兩列內部金屬化通孔，共線的兩列內 部金屬化通孔之間形成感性窗，上金屬層上開設有位于感性窗上方的非諧振節點結構，非 諧振節點結構包括三條平行的槽線。
[0007] 進一步，所述三條槽線的形狀、尺寸均相同，且相鄰兩條槽線之間的距離也相同。
[0008] 進一步，所述非諧振節點結構與感性窗個數相同，且非諧振節點結構位于感性窗 的正上方。
[0009] 進一步，所述介質基片為長方體，外圍金屬化通孔關于介質基片中心對稱。
[0010]進一步，所述外圍金屬化通孔包括沿介質基片長邊設置的第一行外圍金屬化通孔 和第二行外圍金屬化通孔，以及沿介質基片寬邊設置的第一列外圍金屬化通孔和第二列外 圍金屬化通孔，所述共線的兩列內部金屬化通孔分別垂直于第一行外圍金屬化通孔和第二 行外圍金屬化通孔，且所述濾波器中心對稱。
[0011] 進一步，所有外圍金屬化通孔的形狀、尺寸均相同，相鄰兩個外圍金屬化通孔之間 的距離也相同。
[0012] 進一步，所述每組內部金屬化通孔中，所有內部金屬化通孔的形狀、尺寸均相同， 相鄰兩個內部金屬化通孔之間的距離也相同。
[0013] 進一步，所述輸入端口和輸出端口均采用微帶線到共面波導的過渡結構。
[0014] 有益效果:與現有技術相比，本實用新型具有如下的有益效果：
[0015] (1)本實用新型在感性窗上方引入非諧振節點結構，可通過調整非諧振節點結構 的尺寸來控制電耦合的強度，通過調整感性窗的寬度來控制磁耦合的強度，從而通過控制 電耦合占優還是磁耦合占優來控制傳輸零點位于上阻帶還是下阻帶；
[0016] (2)本實用新型設有多組內部金屬化通孔、多個感性窗和多個非諧振節點結構，從 而構成N階濾波器，能夠實現N-1個可控的傳輸零點，N多1，便于實現較好的帶內和帶外濾波 特性；
[0017] (3)本實用新型具有設計靈活、結構簡單、適用頻率范圍寬、易于平面集成和成本 低等優點。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型的第一種【具體實施方式】和第二種【具體實施方式】的側視圖；
[0019] 圖2為本實用新型的第一種【具體實施方式】的俯視圖；
[0020] 圖3為本實用新型的第一種【具體實施方式】的等效電路圖；
[0021] 圖4為本實用新型的實施例1、實施例2和實施例3的S21仿真結果圖；
[0022] 圖5為本實用新型的實施例4、實施例5和實施例6的S21仿真結果圖；
[0023] 圖6為本實用新型的第二種【具體實施方式】的俯視圖；
[0024] 圖7為本實用新型的實施例7的S11和S21的仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合【具體實施方式】和附圖對本實用新型的技術方案作進一步的介紹。
[0026]第一種【具體實施方式】：
[0027] 本【具體實施方式】的濾波器結構的側視圖如圖1所示，包括基片集成波導諧振腔，基 片集成波導諧振腔包括介質基片2、設置在介質基片2正面的上金屬層1、設置在介質基片2 反面的下金屬層3,以及沿介質基片2邊緣設置的貫穿兩層金屬層的外圍金屬化通孔41，如 圖2所示。介質基片2為長方體，外圍金屬化通孔41包括沿介質基片2長邊設置的第一行外圍 金屬化通孔和第二行外圍金屬化通孔，以及沿介質基片2短邊設置的第一列外圍金屬化通 孔和第二列外圍金屬化通孔。外圍金屬化通孔41圍成的區域內部設有一組內部金屬化通孔 42，該組內部金屬化通孔42包括共線的第一列內部金屬化通孔和第二列內部金屬化通孔， 第一列內部金屬化通孔自第一行外圍金屬化通孔的中間部位向介質基片2的中軸線方向延 伸，第二列內部金屬化通孔自第二行外圍金屬化通孔的中間部位向介質基片2的中軸線方 向延伸，且第一列內部金屬化通孔與第二列內部金屬化通孔之間形成一個感性窗口。上金 屬層1上還開設有一個非諧振節點結構7,非諧振節點結構7位于上金屬層1的正中間、感性 窗口的正上方，非諧振節點結構7包括三條平行的槽線71，三條槽線71的形狀、尺寸均相同， 且相鄰兩條槽線71之間的距離也相同。此外，基片集成波導諧振腔的兩端還設有輸入端口 5 和輸出端口6,輸入端口 5和輸出端口 6采用尺寸相同的微帶線到共面波導的過渡結構，如圖 2所示。整個濾波器中心對稱。
[0028] 圖3是本【具體實施方式】的等效電路圖，本【具體實施方式】中由外圍金屬化通孔41和 內部金屬化通孔42圍成了兩個諧振器，也即構成了一個二階的濾波器。每個諧振器都由串 聯的電感L和電容C組成，兩個諧振器之間具有耦合電感Lm和耦合電容Cm，以分別產生磁耦 (1) 合和電親合。
[0029]濾波器的諧振頻率fo由式（1)得到：
[0031]式（1)中，CQ和er分別表不自由空間中的光速和介質基片的介電常數，Leff和Weff分 別為諧振器的等效長度和等效寬度，分別如式(2)和式(3)所示；
(2) (3)
[0034] 式(2)、式(3)中，L為圖2中的LX，W為圖2中的Lyl或者Ly2，Dv為外圍金屬化通孔和內 部金屬化通孔的直徑，P為相鄰兩個金屬化通孔之間的距離。
[0035]等效電路的耦合系數k可以通過式(4)來計算：
(4)
[0037]式(4)中，Mc，Ec分別為磁耦合系數和電耦合系數，如式(5)所示；
(5)
[0039] 式(5)中，Lm，Cm分別代表等效電路中的耦合電感和耦合電容。
[0040] 由式(4)、式(5)可以看出，總的耦合系數由Mc，Ec共同確定，同時其大小可以通過調 節Lm, Cm進行控制。
[0041] 對于此二階濾波器，混合電磁耦合產生的傳輸零點位置匕與中心頻率fQ之間存在 著一定關系，BP:
(6)
[0043] 由公式(6)可知，混合電磁耦合產生的傳輸零點，相對于通帶而言，磁耦合占優時 傳輸零點位于下阻帶，電耦合占優時傳輸零點位于上阻帶。因此，可以通過調節M C，EC的大 小，也即通過調節非諧振節點結構的尺寸Lgx和S，以及感性窗口的尺寸Lx2,來控制傳輸零 點位于下阻帶或者上阻帶。
[0044] 下面介紹本【具體實施方式】的六個實施例：
[0045] 實施例1:
[0046] 圖 2中各參數的尺寸為：Wm = 1 ? 534mm，Lm= 15mm，Lxl = 2 ? 8mm，Lx2 = 7 ? 5mm，Lx3 = 2.8mm，Lex = 0?51mm，Ley = 8?1mm，Lgx = 0?4mm，S = 0?8mm，Lgy = 18mm，Lx =16?34mm,Lyl = 18.25mm，Ly2 = 18 ? 25mm，Dv = 0 ? 6mm，P = 1mm，介質基片為 Rogers5880，其介電常數為2 ? 2，損 耗角正切為〇. 0009，厚度為0.508mm。
[0047] 實施例2:
[0048]圖 2中各參數的尺寸為：Wm = 1 ? 534mm，Lm= 15mm，Lxl = 2 ? 8mm，Lx2 = 7 ? 5mm，Lx3 = 2.8mm, Lex = 0.51mm,Lcy = 8.1mm, Lgx = 0.43mm, S = 0.86mm, Lgy = 18mm，Lx = 16.34mm, Lyl =18.25mm，Ly2 = 18.25mm，Dv = 0.6mm，P = 1mm，介質基片為Rogers5880，其介電常數為2.2， 損耗角正切為0.0009，厚度為0.508mm。
[0049] 實施例3:
[0050] 圖 2中各參數的尺寸為：Wm = 1 ? 534mm，Lm= 15mm，Lxl = 2 ? 8mm，Lx2 = 7 ? 5mm，Lx3 = 2.8mm ,Lcx = 0.51mm, Lcy = 8.1mm, Lgx = 0.45mm, S = 0.9mm, Lgy = 18mm, Lx = 16.34mm, Lyl = 18.25mm，Ly2 = 18 ? 25mm，Dv = 0 ? 6mm，P = 1mm，介質基片為 Rogers5880，其介電常數為2 ? 2，損 耗角正切為〇. 0009，厚度為0.508mm。
[0051 ] 實施例4:
[0052]圖2中各參數的尺寸為:Wm= 1 ? 534mm，Lm= 15mm，Lxl = 2.8mm，Lx2 = 10.4mm，Lx3 = 2.8mm，Lex = 0?51mm，Ley = 8?1mm，Lgx = 0?25mm，S = 0?5mm，Lgy = 23mm，Lx = 16?34mm，Ly1 = 18.25mm，Ly2 = 18 ? 25mm，Dv = 0 ? 6mm，P = 1mm，介質基片為 Rogers5880，其介電常數為2 ? 2，損 耗角正切為〇. 0009，厚度為0.508mm。
[0053] 實施例5:
[0054]圖2中各參數的尺寸為:Wm= 1 ? 534mm，Lm= 15mm，Lxl = 2.8mm，Lx2 = 10 ? 2mm，Lx3 = 2.8mm，Lex = 0?51mm，Ley = 8?1mm，Lgx = 0?25mm，S = 0?5mm，Lgy = 23mm，Lx = 16?34mm，Ly1 = 18.25mm，Ly2 = 18 ? 25mm，Dv = 0 ? 6mm，P = 1mm，介質基片為 Rogers5880，其介電常數為2 ? 2，損 耗角正切為〇. 0009，厚度為0.508mm。
[0055] 實施例6:
[0056]圖2中各參數的尺寸為:Wm = 1 ? 534mm，Lm= 15mm，Lxl = 2 ? 8mm，Lx2 = 10mm，Lx3 = 2.8mm，Lex = 0?51mm，Ley = 8?1mm，Lgx = 0?25mm，S = 0?5mm，Lgy = 23mm，Lx = 16?34mm，Ly1 = 18.25mm，Ly2 = 18 ? 25mm，Dv = 0 ? 6mm，P = 1mm，介質基片為 Rogers5880，其介電常數為2 ? 2，損 耗角正切為〇. 0009，厚度為0.508mm。
[0057]實施例1、實施例2和實施例3的S21仿真結果如圖4所示，這三種實施例中均是電耦 合占優，傳輸零點均位于上阻帶。
[0058]實施例4、實施例5和實施例6的S21仿真結果如圖5所示，這三種實施例中均是磁耦 合占優，傳輸零點均位于下阻帶。
[0059]第二種【具體實施方式】：
[0060]本【具體實施方式】的濾波器結構的側視圖如圖1所示，包括基片集成波導諧振腔，基 片集成波導諧振腔包括介質基片2、設置在介質基片2正面的上金屬層1、設置在介質基片2 反面的下金屬層3,以及沿介質基片2邊緣設置的貫穿兩層金屬層的外圍金屬化通孔41，如 圖6所示。介質基片2為長方體，外圍金屬化通孔41包括沿介質基片2長邊設置的第一行外圍 金屬化通孔和第二行外圍金屬化通孔，以及沿介質基片2短邊設置的第一列外圍金屬化通 孔和第二列外圍金屬化通孔。外圍金屬化通孔41圍成的區域內部設有兩組內部金屬化通孔 42，第一組內部金屬化通孔包括共線的第一組第一列內部金屬化通孔和第一組第二列內部 金屬化通孔，第一組第一列內部金屬化通孔垂直于第一行外圍金屬化通孔，第一組第二列 內部金屬化通孔垂直于第二行外圍金屬化通孔，且第一組第一列內部金屬化通孔和第一組 第二列內部金屬化通孔之間形成第一感性窗;第二組內部金屬化通孔包括共線的第二組第 一列內部金屬化通孔和第二組第二列內部金屬化通孔，第二組第一列內部金屬化通孔垂直 于第一行外圍金屬化通孔，第二組第二列內部金屬化通孔垂直于第二行外圍金屬化通孔， 且第二組第一列內部金屬化通孔和第二組第二列內部金屬化通孔之間形成第二感性窗。上 金屬層1上還開設有兩個非諧振節點結構，分別是位于第一感性窗正上方的第一非諧振節 點結構8和位于第二感性窗正上方的第二非諧振節點結構9。第一非諧振節點結構8包括三 條平行均勻的第一槽線81，三條第一槽線81的形狀、尺寸均相同，相鄰兩條第一槽線81之間 的距離也相同。第二非諧振節點結構9包括三條平行均勻的第二槽線91，三條第二槽線91的 形狀、尺寸均相同，相鄰兩條第二槽線91之間的距離也相同。并且，第一槽線81和第二槽線 91的形狀、尺寸均相同。此外，基片集成波導諧振腔的兩端還設有輸入端口5和輸出端口6， 輸入端口 5和輸出端口 6采用尺寸相同的微帶線到共面波導的過渡結構，如圖6所示。整個濾 波器中心對稱。
[0061]本【具體實施方式】中由外圍金屬化通孔41和內部金屬化通孔42圍成了三個諧振器， 也即構成了一個三階濾波器。
[0062]下面介紹本【具體實施方式】的一個實施例。
[0063] 實施例7:
[0064] 圖6中各參數的尺寸為：Wm = 1 ? 534mm，Lm= 15mm,Lx 1 = Lx4 = 2 ? 8mm，Lx2 = Lx3 = 7.5mm，Lex = 0?51mm，Ley = 8?1mm，Lgx = 0?45mm，S = 0?9mm，Lgy =19?4mm，Lx =16?34mm，Ly1 = Ly3 = 18 ? 24mm，Ly2 = 19 ? 24mm，Dv = 0 ? 6mm，P = 1mm，介質基片為 Rogers5880，其介電常數 為2.2，損耗角正切為0.0009，厚度為0.508mm。
[0065] 實施例7的S11和S21仿真結果如圖7所示，可見，本實施例中相鄰兩個諧振器之間 均是電耦合占優，因此兩個傳輸零點均位于上阻帶。濾波器的中心頻率為7.01GHz，帶寬為 400MHz，通帶內插入損耗0.77dB，波損耗優于25dB，上阻帶7.89GHz、9.1GHz處產生了 2個傳 輸零點。
[0066] 以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改 進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，包括基片集成波導諧振腔，所述基片 集成波導諧振腔包括介質基片(2)、設置在介質基片(2)正面的上金屬層（1)、設置在介質基 片（2)反面的下金屬層(3)，以及沿介質基片（2)邊緣設置的貫穿兩層金屬層的外圍金屬化 通孔(41)，基片集成波導諧振腔兩端設有輸入端口（5)和輸出端口（6)，其特征在于:所述外 圍金屬化通孔(41)圍成的區域內設有多組內部金屬化通孔(42)，內部金屬化通孔(42)包括 共線的兩列內部金屬化通孔，共線的兩列內部金屬化通孔之間形成感性窗，上金屬層（1)上 開設有位于感性窗上方的非諧振節點結構，非諧振節點結構包括三條平行的槽線。2. 根據權利要求1所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所述三 條槽線的形狀、尺寸均相同，且相鄰兩條槽線之間的距離也相同。3. 根據權利要求2所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所述非 諧振節點結構與感性窗個數相同，且非諧振節點結構位于感性窗的正上方。4. 根據權利要求1所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所述介 質基片(2)為長方體，外圍金屬化通孔(41)關于介質基片(2)中心對稱。5. 根據權利要求4所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所述外 圍金屬化通孔(41)包括沿介質基片(2)長邊設置的第一行外圍金屬化通孔和第二行外圍金 屬化通孔，以及沿介質基片(2)寬邊設置的第一列外圍金屬化通孔和第二列外圍金屬化通 孔，所述共線的兩列內部金屬化通孔分別垂直于第一行外圍金屬化通孔和第二行外圍金屬 化通孔，且所述濾波器中心對稱。6. 根據權利要求1所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所有外 圍金屬化通孔(41)的形狀、尺寸均相同，相鄰兩個外圍金屬化通孔(41)之間的距離也相同。7. 根據權利要求1所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所述每 組內部金屬化通孔中，所有內部金屬化通孔(42)的形狀、尺寸均相同，相鄰兩個內部金屬化 通孔(42)之間的距離也相同。8. 根據權利要求1所述的可控混合電磁耦合基片集成波導濾波器，其特征在于:所述輸 入端口（5)和輸出端口（6)均采用微帶線到共面波導的過渡結構。
【文檔編號】H01P1/20GK205595429SQ201620381431
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】龔克, 馬東東, 倉玉萍, 劉彥, 胡鵬
【申請人】信陽師范學院