CN110661067A - 一种基于5g双频的介质集成悬置线的带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，包括五层自上而下顺序设置的五个正反面都附有金属电路的介质板，自上而下的第二个介质板与第四个介质板的中间为镂空结构，构成用于金属屏蔽的两个空气腔；第三个介质板的上下两层设置由传输线构成的滤波器电路；传输线包括G5层的金属导体传输线，为一对作为馈线使用的对称布置的U型谐振器，及G6层的金属导体传输线，包括两个用于产生第一传输频带的四分之波长发夹型谐振器，两个四分波长谐振器，两个对称布置的电容加载枝节。本发明通过电磁耦合分离效应，可以产生额外的零点，实现高隔离度和高选择性的电路结果。

Description

一种基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器
技术领域
本发明涉及带通滤波器技术领域，特别是涉及一种基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器。
背景技术
滤波器是指筛选出信号中指定的频率范围或者滤除指定频率范围，留下其他频率。射频微波滤波器是卫星通信、无线通信和现代微波中继通信等***不可分割的组成部分。随着无线通信技术高速发展，频率资源日益紧缺，通信***对大数据量无延迟的要求越来越高，此时，对双频带滤波的要求也在日益增加。双频带滤波器能够同时筛选出两个频率点，能大大减少设备尺寸和复杂程度。双通带滤波器常常通过两个单频带滤波器组成，这样组成的滤波器常常设备复杂，成本高尺寸大，还需要对两个滤波器进行调节，而双频带滤波器则可减少产品的复杂程度，实现高抑制度和高选择性的双频带滤波器可以极大的提升集成度，对节约资源，降低成本都有极大的意义，推动紧急和科技的发展。因此，面向5G的双频带滤波器有极大的市场潜力。
现有双通带滤波器技术当中，主要有以下实现方法：缺陷地结构、阶梯阻抗谐振器、多模谐振等。SIW、波导形式的双通带滤波器技术已经日渐精湛，但是如何结合微带线的优势和波导的优势，如何设计更小尺寸、更低损耗、更高隔离、更高Q值等特点的结构，依然是我们要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对传统滤波器中尺寸大，无自封装，插损大，隔离度低，集成型差的问题，而提供一种低损耗、高隔离，高选择性的基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，包括包括五层自上而下顺序设置的五个正反面都附有金属电路的介质板，自上而下的第二个介质板与第四个介质板的中间为镂空结构，构成用于金属屏蔽的两个空气腔；第三个介质板的上下两层设置由传输线构成的滤波器电路；周围通过铜柱接地设置，铆钉孔压合介质板及金属板形成自封装模式的介质集成悬置线；
所述传输线包括G5层的金属导体传输线，为一对作为馈线使用的对称布置的U型谐振器，以及G6层的金属导体传输线，包括两个用于产生位于3.3-3.6GHz的第一传输频带的对称的四分之波长发夹型谐振器，两个对称的四分波长谐振器，两个对称布置的电容加载枝节。
其中，所述G6层的金属导体传输线通过金属过孔折叠到G5层。
其中，折叠到G5层的部分为L形结构，对称布置。
其中，第三个介质板将采用Roger5880，板材厚度0.254mm，介电常数为2.2。
本发明通过采用传输线结构，G6层电路产生两个通带，通过将G6层电路部分折叠到G5层，进一步减小电路尺寸，通过电磁耦合分离效应，可以产生额外的零点，实现高隔离度和高选择性的电路结果。
附图说明
图1为本发明的基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器的分解结构图；
图2所示为本发明的基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器的组合在一起的剖面结构图；
图3所示为G5、G6层的电路布置图；
图4所示为G5层的U形谐振器的示意图；
图5所示为G6层的金属电路的示意图；
图6所示为G6层的金属电路的轴测示意图；
图7所示为测试实验结果图。
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。
如图1所示，本发明基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，包括由上而下按照顺序设置的介质板Substrate1、介质板Substrate2、介质板Substrate3、介质板Substrate4、介质板Substrate5，其中介质板Substrate2和介质板Substrate4挖去介质，镂空，形成空气腔体，便于金属屏蔽作用，两个腔体和与介质板之间构成空气腔体3，周围通过孔1设置铜柱，用于接地作用，其余铆钉孔压合介质以及金属板材构成自封装模式的介质集成悬置线，在介质板Substrate3的上下两层的金属铜层M5，M6,用于设置滤波器电路。
其中，介质板Substrate3和介质板Substrate1之间形成空气腔体，介质板Substrate3和介质板Substrate5，金属层G1-G4,G7-G10也将相应形成空气腔，这两个腔体共同与G5、G6层滤波电路构成完整的滤波器，不仅能形成自封装，减小尺寸，并且还有完备的电磁屏蔽效果，可以减小带内插损。
其中，G5层的异面馈线可以使馈电强度以及激励强度大于传统的同面馈线，引入源到负载的耦合，产生额外的两个零点，得到更好的滤波效应，同时采用了电磁分离的结构，可以再次多产生一处零点，进一步提高选择性和带外抑制效果。
其中，G6层的电路折叠后通过金属通孔2延伸到G5层，能够进一步减小滤波器尺寸，便于小型化和集成化。实验结果如图7所示，到达滤波器标准。
本发明中，所述滤波器为双通带滤波器，有低损耗，小尺寸的传输线：传输线包括介质板和设计在介质板正反面的金属导体传输线，传输线分别为G5层和G6层。G5层金属导体传输线为一对对称布置的“U”型谐振器4，作为馈线使用，如图4-6所示。G6层电路的金属导体传输线包括四分之波长谐振器6、两个对称布置的电容加载枝节5，其中的四分之波长谐振器6包括两个对称布置的四分之波长发夹型谐振器61，两个对称布置的L形的四分波长谐振器62，如图4所示，其中G6层的两个发卡形谐振器用于产生位于3.3-3.6GHz的第一传输频带，上部的电臂主要用于电耦合，通过改变两个电臂之间的距离，以及电臂的面积和长度可以改变两个谐振器的耦合强度，以达到源于负载的匹配，减小插损，提高隔离度。G6层的四个四分波长谐振器两两相互间隔摆放，有利于节省面积减少体积，其中电容加载枝节可以引入一个新的自由度，使得电容调节更加方便，耦合系数变化空间更大。
其中，为了节省空间面积，G6层电路将进一步的折叠到G5层，通过金属过孔连接，如图6所示，G5层的异面馈线可以增大馈电面积，实现更加自由的激励强度，源与谐振器间的耦合范围更大，有载品质因数的范围可以进一步扩大。
由于异面馈线，激励强度和耦合强度将远远大于同面馈线，馈线的空间位置不再受电路的形状和面积制约，设计方式更加灵活和广泛。异面馈线可以同时引入源到负载的耦合，使得在隔离带内高频和低频处可以产生多余的零点，提高滤波器的选择性和带外抑制性，有利于滤除杂波。利用电磁耦合分离还可以再引入更多的零点，以进一步提高频带选择性和带外抑制性。
为更好实现电磁屏蔽，低***损耗的滤波器，将此双频带滤波器集成在介质集成悬置线平台上。现有的滤波器大都采用微带线工艺，需要为其定制专门的金属盒子实现封装，而微带线本身的损耗加上封装带来的损耗将导致滤波器最后拥有较大的插损。不同的微带电路的封装常常对应着不同的精度要求，并且定位销，定位孔，螺母螺栓等需要的装配工作都是额外的工作，都会大大提高滤波器的生产成本。
而在本发明中，基于介质集成悬置线平台的双通带滤波器，可以实现自封装，不需要额外的金属屏蔽盒子，可以极大的减小滤波器的尺寸，优异的电磁屏蔽效果可以减小滤波器整体的***损耗。不需要定位销定位孔等附属机械部件辅助完成组装，便于批量生产，极大的降低生产成本。
需要说明的是，本发明中，介质集成悬置线平台由五层介质板叠压形成，每层板材正反面都附有金属电路，第二介质板和第四层介质板的中间成镂空架构，第三介质板两面的金属层用于设计双通带滤波器结构，用于电路的设计和实现。通过五个板材的相互作用，可以实现良好的电磁屏蔽和自封装效果。
优选的，第三介质板将采用Roger5880作为介质材料，板材厚度0.254mm，介电常数大约为2.2，板材表面可以镀金或者其他抗氧化物质。选择Roger5880材料，损耗角正切仅为0.0009，可以极大的减小电路的介质损耗。板材厚度为0.254mm可以在保证基板强度符合标准的请况下的最小板材厚底，这不仅能够减小电路的介质损耗，还能保证在上下空气腔内电磁场的分布对称均匀，可以提高电磁稳定性，增强滤波器的抗干扰能力。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益结果：
1.通过采用传输线结构，G6层电路产生两个通带，通过将G6层电路部分折叠到G5层，进一步减小电路尺寸。通过电磁耦合分离效应，可以产生额外的零点，实现高隔离度和高选择性的电路结果。
2.5G双通带滤波器采用异面馈电结构，克服了同面馈线当中空间大小，耦合强弱，激励强弱受到电路结构极大限制的问题，还可进一步引入源到负载的耦合，引入多余的零点，实现上下边带的陡峭性，实现滤波器的高隔离度和高选择性。
基于上述方案可知，本发明的仿真效果满足上述目的，符合滤波器标准下的5G双频带滤波器设计，在3.3-3.6GHz以及4.8-5GHz插损小于1dB，频带隔离达到-50dB，带外抑制达到-70dB.减少了传统滤波器尺寸，改善传输效率。
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)

1.一种基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，其特征在于，包括五层自上而下顺序设置的五个正反面都附有金属电路的介质板，自上而下的第二个介质板与第四个介质板的中间为镂空结构，构成用于金属屏蔽的两个空气腔；第三个介质板的上下两层设置由传输线构成的滤波器电路；周围通过铜柱接地设置，铆钉孔压合介质板及金属板形成自封装模式的介质集成悬置线；
所述传输线包括G5层的金属导体传输线，为一对作为馈线使用的对称布置的U型谐振器，以及G6层的金属导体传输线，包括两个用于产生位于3.3-3.6GHz的第一传输频带的对称的四分之波长发夹型谐振器，两个对称的四分波长谐振器，两个对称布置的电容加载枝节。
2.根据权利要求1所述基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，其特征在于，所述G6层的金属导体传输线通过金属过孔折叠到G5层。
3.根据权利要求2所述基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，其特征在于，折叠到G5层的部分为L形结构，对称布置。
4.根据权利要求1所述基于5G双频的介质集成悬置线的带通滤波器，其特征在于，第三个介质板将采用Roger5880，板材厚度0.254mm，介电常数为2.2。
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