CN110311196A - 基于介质集成悬置线的5g双通带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，为电磁耦合分离结构，集成在介质集成悬置平台上，所述在介质集成悬置平台包括五层自上而下的叠压双面印刷电路板；第二层电路板和第四层电路板的中间构成镂空架构从而在内部形成封闭空气腔以减小介质产生的损耗，第三层电路板的上下金属层用于印刷双通带滤波器的传输线结构和馈线结构。本发明5G双通带滤波器采用异面馈电结构，极大减小了由于传统单面电路所带来的馈电不足的问题，减小了电路面积，在调试上市的方法更加简单、容易，便利与产品的批量生产。

Description

基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器

技术领域

本发明涉及射频微波电路技术领域，特别是涉及基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器。

背景技术

作为通信终端必不可少的滤波器,在未来5G终端的数量也数十倍增长。滤波器一直在电路中扮演着重要的角色，通信***要求发展一种能在特定的频带内提取和检出信号的新技术，射频微波滤波器是现代微波中继通信、卫星通信、无线通信和电子对抗等***必不可少的组成部分。如今随着现代无线通信技术的快速发展，可利用的频谱资源日益紧张，无线通信技术向着高速、宽带以及大容量的趋势迅速发展，这对传统的单频段技术是一个前所未有的困难。而双频通信***能同时实现两路信号处理会完美解决以上困难，并且能减小设计的复杂性。在传统的双频通信***中，各个通信***都有其各自独立的滤波器，但是他们的体积大成本高，双通带滤波器可以以更小的体积、更低的成本来实现这些功能，更高的选择性和高抑制性的双通带微波滤波器极大地提升了集成度，给相应的经济和科技领域带来更重要的意义。因此，在面向5G的微波滤波器市场中有很大潜力。

现有双通带滤波器发展中，实现主要技术有如下几种：阶梯阻抗谐振器、多模结构、缺陷地结构和基片集成波导。其中研究较多的是阶梯阻抗技术和多模结构技术。微带线、波导形式的双通带滤波器已经有很多问世，但是目前能结合微带线的优势(例如小尺寸、易集成等特点)和波导的优势(低辐射损耗、电磁屏蔽、高Q值等)结构依然十分缺乏，再加上5G时代的来临需要更优良的滤波器设备，单纯的传统微带线、波导滤波器就显得十分不足。

现有的板级滤波器大都采用微带线工艺，微带线实际的较高的损耗会造成***损耗增大等；而且需要将其要机械加工的金属盒子进行封装。微带电路的封装往往有一定的精度要求，需要一些类似于定位孔、定位销、螺栓、螺母等附属机械部件完成组装，需要额外的机械加工和装配工作，大大提高了微带电路的生产成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，解决了现有双通带滤波器无法实现低损耗、高隔离的问题，保证了频段的高选择性。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，为电磁耦合分离结构，集成在介质集成悬置平台上，周围通过铜柱进行接地设置，铆钉孔压合形成整体结构，所述在介质集成悬置平台包括五层自上而下的叠压双面印刷电路板；第二层电路板和第四层电路板的中间构成镂空架构从而在内部形成封闭空气腔以减小介质产生的损耗，第三层电路板的上下金属层用于印刷双通带滤波器的传输线结构和馈线结构。

其中，每块所述双面印刷电路的上下分别印刷有0.035mm的敷铜层G1-G10层，其中，敷铜层G5-G6层为电路层外，其他敷铜层用于电磁屏蔽。

其中，，所述传输线结构和馈线结构分别为G5层的传输线结构和G6层馈线结构，G5层传输线为一对U型馈线、G6层传输线为一个四分之波长发夹型谐振器和一个二分之波长发夹型谐振器；其中二分之波长谐振器的发夹型磁耦合部分放置在G6层、电容板放置在G5层；在四分之波长接地处设有短节，改变其宽长比可调节两个通带的带宽以及插损；二分之波长谐振器通过与四分之波长谐振器、G5层U型馈线谐振器两两相互作用，在两通带阻带间引入一个零点，在第二个通带引入一个极点，提高了带间隔离。

其中，第三层电路板采用损耗角正切仅为0.0009的印制板Roger5880，板厚0.254mm，介电常数为2.2，印制板表面镀金以提高电路的过流能力以及降低传输线的导体损耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的传输线结构，G6层电路产生第一通带并且引入了多个零点，G5层产生第二个通带；产生多个零点不仅可使通带周围变得陡峭，还可极大地增加双通带的隔离度，增加选择性。

本发明5G双通带滤波器采用异面馈电结构，极大减小了由于传统单面电路所带来的馈电不足的问题，减小了电路面积，在调试上市的方法更加简单、容易，便利与产品的批量生产。

附图说明

图1所示为基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器的分解图；

图2所示为基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器的侧视图；

图3所示为G5层电路的布置示意图；

图4所示为G6层电路的布置示意图；

图5所示为第三层电路板--罗杰斯5880介质板电路图；

图6所示为双通带滤波器的仿真结果图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的是基于5G通讯的需求，达到低损耗、小型化、抑制性强、集成性强、双通带一体化等要求，设计一种面向5G基站的新型滤波器，是一种能有效地提高基站提取有效频段信息的滤波器。

如图1所示，本发明基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，为电磁耦合分离结构，集成在介质集成悬置线平台上，包括五层自上而下的叠压双面印刷电路板Substrate1、Substrate2、Substrate3、Substrate4、Substrate5；印刷电路板Substrate2和Substrate4挖出介质形成空腔6，Substrate3的上下两金属层印刷设置滤波器电路(即双通带滤波器的传输线结构9和馈线结构10)，两个腔体6和Substrate3构成一个整体的空气腔体结构，这种结构可以形成封闭的空气腔，减小介质产生的损耗，介质集成悬置线平台的五层电路周围通过铜柱进行接地设置，铆钉孔压合形成整体结构。

其中，每块基板上下分别印刷有0.035mm的敷铜层G1-G10层，其中除去G5、G6层为电路层，形成传输线外，其他敷铜层均起到电磁屏蔽的效果。

本发明中，印刷电路板Substrate3和Substrate1之间形成空气腔体结构，电路板Substrate3和Substrate5，G1-G4,G7-G10共同形成空气腔体结构，这两个腔体结构与G5、G6层滤波电路共同构成了一个完整的滤波器，不仅能够减小内部电路的辐射损耗，而且使得能够激励其的腔体谐振模式发生在滤波器通带的边缘频率处，能够实现较好的选频效果。

由于采用上述技术方案，一方面G5层的异面馈电微带结构可以很好的增强馈电效果，激发更多的模式，还可以在通带外引入两个零点，增强带外抑制效果；G6层的四分之波长和二分之波长谐振器进行折叠，后者部分折叠至G5层，有效地减小了电路面积，提高带内隔离。另一方面，由于利用了介质集成悬置线的平台优势，具有电磁屏蔽的功能，能够减小内部滤波器的辐射损耗，提高滤波器的选频效果，同时也保证了设备的机械强度的可靠性。

其中，本发明中，G5层传输线为一对U型馈线15并连接到对应的端口18、G6层传输线为一个四分之波长发夹型谐振器11和一个二分之波长发夹型谐振器12，其中二分之波长谐振器的发夹型磁耦合部分放置在G6层，二分之波长谐振器的电容板17放置在G5层，在不降低效果的同时减小了谐振器的面积。在四分之波长接地处设有接地短节线19，改变它的宽长比可以调节两个通带的带宽以及插损。

本发明中，G5层的大面积馈线可以增大馈电面积，实现更宽泛为的激励强度，源与谐振器间的耦合可以更强，扩大有载品质因数的视线范围；此外还可以更方便地多模激励方式，共面馈线由于空间限制很难将多个谐振模式按需求激励，异面馈线结构的布线不受谐振器的影响，实现更灵活的激励方式；可以实现源于负载间耦合，并且提供额外的传输路径，引入两个传输零点，提高带外抑制。

另外，本发明中，二分之波长谐振器通过与四分之波长谐振器和G5层U型馈线谐振器两两相互作用，在两通带阻带间引入一个零点，在第二个通带引入一个极点，很好的提高了带间隔离。

本发明将双通带滤波器集成在介质集成悬置线的平台上，不仅可以使滤波器的***损耗减小，在3.3-3.6GHz，4.8-5GHz频段的***损耗小于-0.35dB，每个印刷电路板的四角有四个连接用铆钉孔14以用铆钉7来连接印刷电路板，在铆钉孔14的内侧为金属化通孔13以连接接地金属柱8，不需要额外的金属盒子封装，不需要类似于定位孔、定位销、螺栓、螺母等附属机械部件来完成组装，便于整体和批量生产，且生产成本更低。

进一步地，本发明的第三层电路板Substrate3的采用印制板Roger5880，板厚0.254mm，介电常数为2.2，印制板表面镀金。选择损耗角正切仅为0.0009的Roger5880材料，可以减小电路的介质损耗。板厚0.254mm则是保证基板强度的情况下取得的最小值，可最大程度上减少介质中的电磁场分布，这既减小了介质损耗，又能保证电磁场在上下空气腔内对称分布，对称分布还提高了电磁场的稳定性，进而增强了电路的抗干扰能力。板面镀金提高了电路的过流能力，降低了传输线的导体损耗，如前所述，损耗的减小可改善双通带滤波器的***损耗等条件。

通过仿真效果可以看出，本发明能实现其目的，符合5G标准下的3.3-3.6GHz和4.8-5GHz双频带集成滤波器的设计，并且带外隔离达到-40dB以下，带内插损小于-0.6dB，有效地减小了传统滤波器地体积，增大了信号传输地效率。实验结果如图6所示，可以看出，其达到了5G通讯对于滤波器的要求.

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，其特征在于，为电磁耦合分离结构，集成在介质集成悬置平台上，周围通过铜柱进行接地设置，铆钉孔压合形成整体结构，所述在介质集成悬置平台包括五层自上而下的叠压双面印刷电路板；第二层电路板和第四层电路板的中间构成镂空架构从而在内部形成封闭空气腔以减小介质产生的损耗，第三层电路板的上下金属层用于印刷双通带滤波器的传输线结构和馈线结构。

2.根据权利要求1所述基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，其特征在于，每块所述双面印刷电路的上下分别印刷有0.035mm的敷铜层G1-G10层，其中，敷铜层G5-G6层为电路层外，其他敷铜层用于电磁屏蔽。

3.根据权利要求2所述基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，其特征在于，所述传输线结构和馈线结构分别为G5层的传输线结构和G6层馈线结构，G5层传输线为一对U型馈线、G6层传输线为一个四分之波长发夹型谐振器和一个二分之波长发夹型谐振器；其中二分之波长谐振器的发夹型磁耦合部分放置在G6层、电容板放置在G5层；在四分之波长接地处设有短节，改变其宽长比可调节两个通带的带宽以及插损；二分之波长谐振器通过与四分之波长谐振器、G5层U型馈线谐振器两两相互作用，在两通带阻带间引入一个零点，在第二个通带引入一个极点，提高了带间隔离。

4.根据权利要求1所述基于介质集成悬置线的5G双通带滤波器，其特征在于，第三层电路板采用损耗角正切仅为0.0009的印制板Roger5880，板厚0.254mm，介电常数为2.2，印制板表面镀金以提高电路的过流能力以及降低传输线的导体损耗。