CN112164847B - 一种毫米波滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波带通滤波器，采用将馈电线路设置成渐变结构，当毫米波滤波器安装于馈电基板上后，能量在第一线路和第二线路之间传输时，也就说在不同平面传递的不连续性有所减小，反而使得能量可以很好地从馈电基板馈入毫米波滤波器中。同时，馈电线路的两侧设置间隙，同时在毫米波滤波器的线路于馈电线路结合处设置缺槽，有效的防止本发明毫米波滤波器边缘处的共面波导在于馈电基板表贴时的出现泄露，减少信号在接触时能量从滤波器边缘处泄露，防止信号直接由输入端耦合到输出端，保证通带性能的一致性。

Description

一种毫米波滤波器
技术领域
本发明涉及微波器件技术，尤其涉及一种毫米波带通滤波器。
背景技术
微波毫米波电路***的功能越来越复杂、指标要求越来越高，体积要求越来越小。滤波器作为5G毫米波通信电路中的重要部分，小型化、高性能、集成化成为了其主要发展趋势。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)结构，同时兼具高Q值、低损耗、小尺寸、易加工、低成本等优点，而低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC) 技术具有高密度封装、优异的高频性能、精细的布线结构、三维集成等特点。基于LTCC工艺的SIW滤波器为实现小型化、高性能、集成化的5G 毫米波滤波器提供了有效的基础。
本发明利用表贴的方式将SIW滤波器倒扣表贴于基板电路上，实现了 SIW滤波器在实际电路中的应用。其中，参考“S.Cogollos,J.Vague,V.E. Boria and J.D.Martínez,Novel Planar and Waveguide Implementations of Impedance Matching NetworksBased on Tapered Lines Using Generalized Superellipses,IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques,vol.66, no.4,pp.1874-1884,April 2018”提出的用渐变线设计阻抗匹配网络的思想设计了包含两部分渐变结构的馈电电路，实现了对滤波器的有效馈电。但电磁能量在不同平面传递时的不连续性并未完全解决，带外抑制需要进行进一步改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用表贴的方法通过基板为基于LTCC 工艺的毫米波滤波器提供有效馈电，解决滤波器在表贴处的匹配以及在能量传递过程中的不连续性和电磁能量泄露等问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种毫米波滤波器，安装在馈电基板上，所述毫米波滤波器至少包括第一介质层和设置在该第一介质层两侧的第一金属层和第二金属层，所述馈电基板至少包括第二介质层和设置在该第二介质层两侧的第三金属层和第四金属层，所述第一金属层与第四金属层配合使该毫米波滤波器安装于该馈电基板上，其中，所述馈电基板上设有供给毫米波滤波器电子信号的馈电电路，该馈电电路设置有由该馈电基板上的第四层金属层刻蚀而成的第一线路，所述馈电电路的第一线路的宽度由该馈电基板的外侧边向内逐渐变窄的渐变结构，该第一线路与其两侧的金属之间设置有间隙，该间隙沿着第一线路由该馈电基板的外侧边向内逐渐变窄然后再变宽。
进一步地，毫米波滤波器由若干个谐振腔成规律的组合而成，其中，定义与所述馈电电路耦合连接的谐振腔为输入腔和输出腔，所述第一金属层上刻蚀有由该输入腔和输出腔伸出的第二线路与所述第一线路电性连接。
进一步地，第四金属层上设有镂空区，该镂空区置于所述滤波器的第二线路的正下方由该第二线路与所述滤波器的第一线路连接处沿第二线路延伸，且该镂空区的宽度大于第二线路的宽度。
进一步地，毫米波滤波器的第二线路与其两侧的金属之间设置有间隙，构成共面波导的过渡结构。
进一步地，第二线路与第一线路连接处设置缺槽，该缺槽由第一金属层贯穿第二金属层。
进一步地，第一线路包括第一输入线路和第一输出线路，该第一输入线路和第一输出线路以所述毫米波滤波器的中线对称设置；所述第二线路包括第二输入线路和第二输出线路，该第二输入线路和第二输出线路以所述毫米波滤波器的中线对称设置。
进一步地，毫米波滤波器的第一金属层的边缘设置有U型的隔断槽，所述第二金属层的边缘处设置有带状的隔断槽。
进一步地，毫米波滤波器通过LTCC加工而成。
本发明的技术方案是采用将馈电线路设置成渐变结构，当毫米波滤波器安装于馈电基板上后，能量在第一线路和第二线路之间传输时，也就说在不同平面传递的不连续性有所减小，反而使得能量可以很好地从馈电基板馈入毫米波滤波器中。同时，馈电线路的两侧设置间隙，同时在毫米波滤波器的线路于馈电线路结合处设置缺槽，有效的防止本发明毫米波滤波器边缘处的共面波导在于馈电基板表贴时的出现泄露，减少信号在接触时能量从滤波器边缘处泄露，防止信号直接由输入端耦合到输出端，保证通带性能的一致性。本发明的优点和有益效果：1.通过馈电基板上渐变结构实现了能量的有效传输，结构稳定，传输性能好，能很好地实现滤波器的性能；2.基板的下金属层无缺陷地结构，基板易于与毫米波滤波器结合使用，且加工复杂度低，是一种低成本实现方式。
附图说明
图1是本发明毫米波滤波器与馈电基板配合的结构示意图；
图2是本发明毫米波滤波器与馈电基板配合的分解示意图；
图3是本发明毫米波滤波器的立体示意图；
图4是本发明馈电基板的立体示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
请参照图1至图4所示，本发明毫米波滤波器10为一种5G毫米波基片集成波导(SIW)滤波器，该毫米波滤波器10至少包括第一介质层13 和设置在该第一介质层13两侧的第一金属层11和第二金属层12，该第一介质层13单层厚度为0.0965mm，相对有效介电常数为5.9的陶瓷介质材料 A6M，第一金属层11和第二金属层12为在该第一介质层13的表面镀0.012mm的银层，通过LTCC工艺加工而成。该第一介质层13和设置在该第一介质层13两侧的第一金属层11和第二金属层12构成一个介质基板，在该介质基板上设置若干个金属化通孔14，由该等通孔14围成若干个谐振腔15，该等谐振腔15成规律排列形成毫米波滤波器10。
请参照图1至图4所示，该等谐振腔15中包含与馈电电路21耦合连接的输入腔152和输出腔151，在第一金属层11上刻蚀有由该输入腔152 和输出腔151伸出的第二线路，该第二线路包括第二输入线112和第二输出线111，第二输入线112和第二输出线111的一端分别与馈电电路21电性连接，另一端分别延伸至输入腔152和输出腔151的底部与对应的输入腔152和输出腔151耦合。第二输入线112和第二输出线111是在第一金属层11上隔离出来的一段连续的线，第二输入线112和第二输出线111与输入腔152和输出腔151底部的金属部分连接传输能量，同时，该第二线路与第一金属层11上其他的金属部分之间设置有第二间隙115。本发明毫米波滤波器实施例中第一线路输入输出端口的线宽为0.4mm，为了进行更好地传输能量，馈电基板20与毫米波滤波器贴合处的馈电线的线宽应接近 0.4mm更佳。
其中，毫米波滤波器10上位于第二线路与第一线路连接处设置缺槽 16，该缺槽16由第一金属层11贯穿第二金属层12，也就是说，该缺槽16 贯穿毫米波滤波器10。该缺槽16是防止本发明毫米波滤波器10边缘处的共面波导在于馈电基板20表贴时的出现泄露，减少信号在接触时能量从毫米波滤波器10边缘处泄露，防止信号直接由输入端耦合到输出端，保证通带性能的一致性。
请参照图1至图4所示，本发明毫米波滤波器的第一金属层11的边缘处还设置有若干个U型的隔断槽114，第二金属层12的与该等U型的隔断槽114对应的边缘处设置有带状的隔断槽124，可以理解为，前述缺槽16 设置在毫米波滤波器10的两端且贯穿毫米波滤波器10，该若干个U型的隔断槽114和带状的隔断槽124设置在毫米波滤波器10的两侧边且分别形成于第一金属层11和第二金属层12上。若干个U型的隔断槽114与带状的隔断槽124配合能有效地防止信号从输入端泄露直接耦合到输出，有利于增强高频抑制度。
请参照图1至图4所示，本发明毫米波滤波器10安装在馈电基板20 上，该馈电基板20至少包括第二介质层23和设置在该第二介质层23两侧的第三金属层22和第四金属层21，该馈电基板20的第二介质层23采用厚度为0.508mm、相对有效介电常数为2.2的Rogers RT/Duroid 5880材质，第二介质层23上下两侧的第三金属层22和第四金属层21的厚度均为0.035mm。
其中，第一金属层11与第四金属层21配合使该毫米波滤波器10安装于该馈电基板20上。馈电基板20上设有供给毫米波滤波器电子信号的馈电电路21，该馈电电路21设置有由该馈电基板20上的第四金属层21刻蚀而成的第一线路，该第一线路包括第一输入线路212和第一输出线路211。
其中，该馈电电路21的第一线路的宽度由该馈电基板20的外侧边向内逐渐变窄的渐变结构，也就是说，第一线路是在第四金属层21上刻蚀出来的一段连续性的线段，该第一电路由馈电基板20的两端向中间延伸至与第一线路连接处由宽变窄形成渐变结构。本发明实施例中，第一线路大致分为两个渐变过程，即第一部分是将线的宽度为0.76mm过渡到宽度为 0.5mm；渐变结构的第二部分是将线的宽度为0.5mm过渡到宽度为0.38mm。该第一线路与其两侧的金属之间设置有第一间隙215，该第一间隙215沿着第一线路由该馈电基板20的外侧边向内逐渐变窄然后再变宽，也就是说，在第一线路渐变的第一部分将线的宽度为0.76mm过渡到宽度为0.5mm时，第一间隙215由0.5mm的宽度过渡到0.1mm的宽度，这种设计组合保证第一线路的特征阻抗为50Ω；在第一线路渐变的第二部分将线的宽度为0.5mm 过渡到宽度为0.38mm时，第一间隙215由0.1mm的宽度过渡到0.25mm 的宽度，此时基板上的共面波导结构的特征阻抗不再是50Ω，但在此设计下，当毫米波滤波器10安装于馈电基板20上后，能量在第一线路和第二线路之间传输时，也就说在不同平面传递的不连续性有所减小，反而使得能量可以很好地从馈电基板20馈入毫米波滤波器10中。
另外，在第四金属层21上还设有镂空区216，该镂空区216置于毫米波滤波器10的第二线路的正下方由该第二线路与第一线路连接处沿第二线路延伸，镂空区216的宽度大于第二线路的宽度，保证馈电基板20上的能量更好地馈入毫米波滤波器10中。
第一线路包括与第二输入线路112连接的第一输入线路212和第二输出线111路连接的第一输出线路211。其中，该第一输入线路212和第一输出线路211以馈电基板20的中线对称设置；该第二输入线112路和第二输出线111路以毫米波滤波器10的中线对称设置。
综上所述，本发明毫米波滤波器10的技术方案是采用将馈电线路设置成渐变结构，当毫米波滤波器10安装于馈电基板20上后，能量在第一线路和第二线路之间传输时，也就说在不同平面传递的不连续性有所减小，反而使得能量可以很好地从馈电基板20馈入毫米波滤波器10中。同时，馈电线路的两侧设置间隙，同时在毫米波滤波器10的线路于馈电线路结合处设置缺槽16，有效的防止本发明毫米波滤波器10边缘处的共面波导在于馈电基板20表贴时的出现泄露，减少信号在接触时能量从毫米波滤波器10 边缘处泄露，防止信号直接由输入端耦合到输出端，保证通带性能的一致性。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助使用者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种毫米波滤波器，安装在馈电基板上，所述毫米波滤波器至少包括第一介质层和设置在该第一介质层两侧的第一金属层和第二金属层，所述馈电基板至少包括第二介质层和设置在该第二介质层两侧的第三金属层和第四金属层，所述第一金属层与第四金属层配合使该毫米波滤波器安装于该馈电基板上，其特征在于：所述馈电基板上设有供给毫米波滤波器电子信号的馈电电路，该馈电电路设置有由该馈电基板上的第四层金属层刻蚀而成的第一线路，所述馈电电路的第一线路的宽度由该馈电基板的外侧边向内逐渐变窄的渐变结构，该第一线路与其两侧的金属之间设置有间隙，该间隙沿着第一线路由该馈电基板的外侧边向内逐渐变窄然后再变宽；所述毫米波滤波器由若干个谐振腔成规律的组合而成，其中，定义与所述馈电电路耦合连接的谐振腔为输入腔和输出腔，所述第一金属层上刻蚀有由该输入腔和输出腔伸出的第二线路与所述第一线路电性连接。
2.根据权利要求1所述的毫米波滤波器，其特征在于：所述第四金属层上设有镂空区，该镂空区置于所述毫米波滤波器的第二线路的正下方，由该第二线路与所述毫米波滤波器的第一线路连接处沿第二线路延伸，且该镂空区的宽度大于第二线路的宽度。
3.根据权利要求1所述的毫米波滤波器，其特征在于：所述第二线路与其两侧的金属之间设置有间隙，构成共面波导的过渡结构。
4.根据权利要求1所述的毫米波滤波器，其特征在于：所述第二线路与第一线路连接处设置缺槽，该缺槽由第一金属层贯穿第二金属层。
5.根据权利要求1所述的毫米波滤波器，其特征在于：所述第一线路包括第一输入线路和第一输出线路，该第一输入线路和第一输出线路以所述毫米波滤波器的中线对称设置；所述第二线路包括第二输入线路和第二输出线路，该第二输入线路和第二输出线路以所述毫米波滤波器的中线对称设置。
6.根据权利要求1所述的毫米波滤波器，其特征在于：所述毫米波滤波器的第一金属层的边缘设置有U型的隔断槽，所述第二金属层的边缘处设置有带状的隔断槽。
7.根据权利要求1所述的毫米波滤波器，其特征在于：所述毫米波滤波器通过LTCC加工而成。
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