CN112310581A - 一种基于基片集成波导5g高选择性ltcc带通滤波器 - Google Patents
一种基于基片集成波导5g高选择性ltcc带通滤波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112310581A CN112310581A CN202010854499.8A CN202010854499A CN112310581A CN 112310581 A CN112310581 A CN 112310581A CN 202010854499 A CN202010854499 A CN 202010854499A CN 112310581 A CN112310581 A CN 112310581A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- integrated waveguide
- substrate
- cavity
- siw
- ltcc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明属于滤波器技术领域,公开了一种基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,包括共面波导(CPW)馈电结构和交叉耦合的六腔SIW谐振器;六腔SIW谐振器设置有六个相邻的SIW谐振器电容隔板。本发明采用一种新颖的基于低温共烧陶瓷的三维结构,实现了输入和输出之间的正、负耦合和交叉耦合,该结构实现了高耦合系数、宽3dB带宽和低损耗,通过设计一个六阶交叉耦合滤波器,验证了该结构的有效性,改进后的圆SIW腔体体积减小幅度较大,具有较高的频率选择性、较宽的带宽和优异的性能。由于这些独特的性能,所提出的小型化BPF在现代无线通信***,特别是在第五代(5G)移动通信***中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于滤波器技术领域,尤其涉及一种基于基片集成波导5G高选择性 LTCC带通滤波器。
背景技术
目前:随着卫星通信和雷达技术的飞速发展,人们对微波毫米波***的小 型化提出了更高的要求。矩形波导滤波器在高频下性能优良,但其具有体积大、 成本高、难以与其他平面器件集成等缺点。众所周知,SIW滤波器的传统结构 主要是基于矩形腔体。基片集成波导(SIW)技术成为比矩形波导更有吸引力的替 代品。SIW继承了矩形波导屏蔽结构的高品质因数、低批量生产成本、易制作 的优点。众所周知,在有限频率下,为了增加带通滤波器的选择性,需要磁耦 合和电耦合来产生传输零点(TZs)。LTCC技术被认为是最适合用于毫米波微波 多芯片组件的工艺,也是各种工艺中最有前途的技术之一。
在过去的几十年里,人们对各种SIW滤波器都给予了很大的关注。最近, 为了实现滤波器的小型化,人们开发了许多SIW滤波器拓扑,包括二模SIW滤 波器、五极切比雪夫SIW带通滤波器、双层SIW滤波器。然而,这些结构的设 计具有辐射损耗并且设计复杂。而不适合实现低调、简化包装和轻量化设计。 为了提高滤波器的频率选择性,经常引入有限传输零点以获得清晰的边带性能, 而不是增加谐振子的数量。具有三维多层结构和优异选择性的SIW滤波器还有 待改进。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:现有的SIW滤波器的拓扑 结构,具有辐射损耗并且设计复杂。而不适合实现低调、简化包装和轻量化设 计。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种基于基片集成波导5G高选择 性LTCC带通滤波器。
本发明是这样实现的,一种基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波 器包括共面波导(CPW)馈电结构和交叉耦合的六腔SIW谐振器;
所述六腔SIW谐振器设置有六个相邻的SIW谐振器电容隔板。
进一步,将谐振频率设为滤波器的中心频率,确定基于TE101模的SIW腔 的初始尺寸,公式如下:
式中,a和l分别为基于TE101模的SIW腔的宽度和长度。d和p是金属化 孔的直径和相邻孔之间的中心距。c0为真空中的光速,而εr为衬底的介电常数。
进一步,所述六腔SIW谐振器中的R1与R6、R2与R5、R3与R4的耦合 是通过共享谐振器间金属通孔壁上的感应窗实现的。
进一步,在中间金属层上引入一个方形槽,在R2和R3之间、R5和R6之 间产生+90度的电耦合。
进一步,在R1,R2和R4,R5在不同的层之间产生-90度的磁耦合,使用一 对矩形槽在两个空腔的中心来实现,腔内装有间隔的相移随频率的变化而变化。
进一步,矩形槽和感应窗位于谐振腔磁场最强的位置。
进一步,当输入信号的频率低于谐振频率时,谐振腔表现为电容性(+90度), 反之,谐振腔表现为电感性(-90度)。
进一步,六阶BPF的结构有三层,以A6铁质陶瓷为基础,厚度为0.394mm, 相对介电常数为5.76。
结合上述的所有技术方案,本发明所具备的优点及积极效果为:
本发明提出了一种基于三层SIW和LTCC技术的新型带通滤波器,采用一 种新颖的基于低温共烧陶瓷的三维结构,实现了输入和输出之间的正、负耦合 和交叉耦合,该结构实现了高耦合系数、宽3dB带宽和低损耗。通过设计一个 六阶交叉耦合滤波器,验证了该结构的有效性。设计的滤波器显示带通中心为 28.0GHz,3dB带宽为6.5%,高于现有的解决方案。改进后的圆SIW腔体体积减 小幅度较大,缩小幅度为7.0×3.8×1.2mm3(0.65λ0×0.35λ0×0.11λ0)。实验结果表明, 该方法具有较高的频率选择性、较宽的带宽和优异的性能。由于这些独特的性 能,所提出的小型化BPF在现代无线通信***,特别是在第五代(5G)移动通信 ***中具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本申请 的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波 器的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的六阶SIW滤波器的耦合矩阵的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的六阶BPF的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波 器的的仿真结果曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例, 对本发明进行进一步详细说明。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。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种基于基片集成波导5G高选择 性LTCC带通滤波器,下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器主要 由共面波导馈电结构和交叉耦合的六腔SIW谐振器组成。采用一种新颖的基于 低温共烧陶瓷的三维结构,实现了输入和输出之间的正、负耦合和交叉耦合。 因为三维结构中层叠腔的垂直耦合并且采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术,因此大 大减小了滤波器的尺寸。滤光器体积减小到7.0×3.8×1.2mm3(0.65λ0×0.35λ0×0.11λ0),因此足以实现小型化程度集成。仿真和实测结果表明,设计的BPF 实现了中心频率28.0GHz,分数带宽为6.5%的3dB带宽。该滤波器适用于5G 无线通信中的应用。
如图1所示。该滤波器由CPW馈电结构和六个相邻的SIW谐振器电容隔 板组成。优化得到传输零点在±1.39j,带内返回损失为20dB,这个带通滤波器 广义耦合矩阵。通过将谐振频率设为滤波器的中心频率,可以确定基于TE101模 的SIW腔的初始尺寸,公式如下:
式中,a和l分别为基于TE101模的SIW腔的宽度和长度。d和p是金属化 孔的直径和相邻孔之间的中心距。c0为真空中的光速,而εr为衬底的介电常数。
六阶BPF的耦合拓扑如图2所示。R1与R6、R2与R5、R3与R4的耦合 是通过共享谐振器间金属通孔壁上的感应窗实现的。在中间金属层上引入一个 方形槽,在R2和R3之间产生+90度的电耦合,R5和R6也是一样。在R1,R2 和R4,R5在不同的层之间产生-90度的磁耦合,是使用一对矩形槽在两个空腔 的中心来实现。耦合方槽的位置是谐振腔电场最强的位置。而矩形槽和感应窗 位于谐振腔磁场最强的位置。腔内装有间隔的相移随频率的变化而变化。当输 入信号的频率低于谐振频率时,谐振腔表现为电容性(+90度),反之,谐振腔表 现为电感性(-90度)。基于这一特性,提出的SIW滤波器可以在阻带内产生两个 TZs。同时,得到六阶SIW滤波器的耦合矩阵如下:
六阶BPF的结构有三层,以A6铁质陶瓷为基础,厚度为0.394mm,相对 介电常数为5.76。其他相关参数由HFSS优化,如图3所示。表1是SIW滤波 器部分的尺寸。
表1
Symbol | Value(mm) | Symbol | Value(mm) |
L<sub>1</sub> | 6.08 | a<sub>2</sub> | 0.75 |
L<sub>2</sub> | 7.0 | W<sub>1</sub> | 0.2 |
L<sub>3</sub> | 1.0 | W<sub>2</sub> | 0.33 |
L<sub>4</sub> | 0.95 | W<sub>3</sub> | 0.1 |
L<sub>5</sub> | 0.8 | W<sub>4</sub> | 3.8 |
S<sub>1</sub> | 0.7 | W<sub>5</sub> | 0.2 |
S<sub>2</sub> | 1.02 | W<sub>6</sub> | 0.2 |
S<sub>3</sub> | 1.4 | r | 0.09 |
a<sub>1</sub> | 0.88 | p | 0.4 |
下面结合仿真对本发明的技术效果作详细的描述。
为验证所探索的样机,利用安捷伦N5247B二端口PNA-X网络分析仪制作 并测量了上述设计的BPF。仿真得到的滤波器s参数如图4所示。设计的滤波器 1dB带宽为1.5GHz(5.3%),3dB带宽为1.84GHz(6.5%)。1dB通频带从27.2GHz 到28.7GHz。传输零点在26.5和29.4GHz。滤波器的S参数对SIW腔的厚度很 敏感,因此其尺寸误差会引起谐振频率的偏差。表2显示了提出的带通滤波器 和近年几个SIW滤波器原型结果的一系列对比。由于这些传输零点,通带选择 性大大提高。
表2
实验结果表明,该方法具有较高的频率选择性、较宽的带宽和优异的性能。 由于这些独特的性能,所提出的小型化BPF在现代无线通信***,特别是在第 五代(5G)移动通信***中具有广阔的应用前景。
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; 术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、 “头部”、“尾部”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。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不 能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于 此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,都应涵盖在本发明的 保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,所述基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器包括共面波导馈电结构和交叉耦合的六腔SIW谐振器;
所述六腔SIW谐振器设置有六个相邻的SIW谐振器电容隔板。
3.如权利要求1所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,所述六腔SIW谐振器中的R1与R6、R2与R5、R3与R4的耦合是通过共享谐振器间金属通孔壁上的感应窗实现的。
4.如权利要求1所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,在中间金属层上引入一个方形槽,在R2和R3之间、R5和R6之间产生+90度的电耦合。
5.如权利要求1所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,在R1,R2和R4,R5在不同的层之间产生-90度的磁耦合,使用一对矩形槽在两个空腔的中心来实现,腔内装有间隔的相移随频率的变化而变化。
6.如权利要求1所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,矩形槽和感应窗位于谐振腔磁场最强的位置。
7.如权利要求1所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,当输入信号的频率低于谐振频率时,谐振腔表现为电容性,反之,谐振腔表现为电感性。
8.如权利要求1所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器,其特征在于,六阶BPF的结构有三层,以A6铁质陶瓷为基础,厚度为0.394mm,相对介电常数为5.76。
9.一种微波毫米波***,其特征在于,所述微波毫米波***安装有权利要求1~8任意一项所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器。
10.一种5G通信终端,其特征在于,所述5G通信终端安装有权利要求1~8任意一项所述的基于基片集成波导5G高选择性LTCC带通滤波器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010854499.8A CN112310581A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种基于基片集成波导5g高选择性ltcc带通滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010854499.8A CN112310581A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种基于基片集成波导5g高选择性ltcc带通滤波器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112310581A true CN112310581A (zh) | 2021-02-02 |
Family
ID=74483664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010854499.8A Pending CN112310581A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种基于基片集成波导5g高选择性ltcc带通滤波器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112310581A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113922075A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-11 | 西华大学 | 一种基于高阶模的慢波基片集成波导双工天线 |
CN115207593A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-10-18 | 苏州博海创业微***有限公司 | 一种多层介质谐振器及介质滤波器 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100651627B1 (ko) * | 2005-11-25 | 2006-12-01 | 한국전자통신연구원 | 교차결합을 갖는 유전체 도파관 필터 |
CA2660553A1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-09-27 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Industry Through The Communications Research Centre Canada | A waveguide filter |
CN201898182U (zh) * | 2010-11-01 | 2011-07-13 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种多层1/4模基片集成波导滤波器 |
CN103326093A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-09-25 | 上海大学 | 新型交叉耦合基片集成波导带通滤波器 |
CN103427138A (zh) * | 2013-08-15 | 2013-12-04 | 电子科技大学 | 多层六边形基片集成波导滤波器 |
CN110336100A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-10-15 | 华中科技大学 | 一种空气填充siw双通带滤波器及其优化方法 |
CN110752425A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-02-04 | 宋舒涵 | 一种带通滤波器及通信装置 |
-
2020
- 2020-08-24 CN CN202010854499.8A patent/CN112310581A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100651627B1 (ko) * | 2005-11-25 | 2006-12-01 | 한국전자통신연구원 | 교차결합을 갖는 유전체 도파관 필터 |
CA2660553A1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-09-27 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Industry Through The Communications Research Centre Canada | A waveguide filter |
CN201898182U (zh) * | 2010-11-01 | 2011-07-13 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种多层1/4模基片集成波导滤波器 |
CN103326093A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-09-25 | 上海大学 | 新型交叉耦合基片集成波导带通滤波器 |
CN103427138A (zh) * | 2013-08-15 | 2013-12-04 | 电子科技大学 | 多层六边形基片集成波导滤波器 |
CN110336100A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-10-15 | 华中科技大学 | 一种空气填充siw双通带滤波器及其优化方法 |
CN110752425A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-02-04 | 宋舒涵 | 一种带通滤波器及通信装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
HUANG JINGSONG ET.AL: "Design of Ka band multilayer cross-coupled filter based on substrate integrated waveguide", 《2012 IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE WORKSHOP SERIES ON MILLIMETER WAVE WIRELESS TECHNOLOGY AND APPLICATIONS》, pages 1 - 4 * |
魏启甫;李征帆;李霖;: "一种基于低温共烧陶瓷的新型多层交叉耦合基片集成波导滤波器", 上海交通大学学报, no. 02 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113922075A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-11 | 西华大学 | 一种基于高阶模的慢波基片集成波导双工天线 |
CN113922075B (zh) * | 2021-10-13 | 2023-09-19 | 西华大学 | 一种基于高阶模的慢波基片集成波导双工天线 |
CN115207593A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-10-18 | 苏州博海创业微***有限公司 | 一种多层介质谐振器及介质滤波器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11139548B2 (en) | Dual-mode monoblock dielectric filter and control elements | |
CN110828947B (zh) | 一种交叉耦合介质波导滤波器 | |
US7877855B2 (en) | Method of forming vertical coupling structure for non-adjacent resonators | |
CN110797613B (zh) | 一种十阶六陷波的介质波导滤波器 | |
CN110400995B (zh) | 小型化宽阻带的hmsiw单腔三模带通滤波器 | |
CN101719579B (zh) | 多频带带阻滤波器及多频带带通滤波器 | |
CN112072236B (zh) | 一种微带-缝隙结构馈电的双模siw平衡带通滤波器 | |
CN112310581A (zh) | 一种基于基片集成波导5g高选择性ltcc带通滤波器 | |
CN112909457A (zh) | 一种基于双模介质波导谐振器的带通滤波器 | |
CN102610880A (zh) | 具有宽带外抑制的平面小型化通信带通滤波器 | |
CN114267930A (zh) | 一种适用于5g通信高频段的双零点可调基片集成波导滤波器结构 | |
CN114284673A (zh) | 一种基片集成波导双频带滤波巴伦 | |
CN112072235B (zh) | 一种微带-探针结构馈电的双模siw平衡带通滤波器 | |
CN111883886A (zh) | 一种介质滤波器 | |
CN106960995A (zh) | 一种具有宽上阻带和非正交反馈的双模式ltcc带通滤波器 | |
Zhu et al. | Double-layer SIW filters with higher-order mode suppression | |
CN105720340A (zh) | 一种含有低频传输零点的紧凑型带通滤波器 | |
CN215184462U (zh) | 具有小型化和高选择性的基片集成波导滤波器 | |
WO2021170119A1 (zh) | 介质滤波器和通信设备 | |
CN111900518B (zh) | 一种具有180度移相器的介质滤波器 | |
TW202123527A (zh) | 介電質導波管共振器及介電質導波管濾波器 | |
CN114267928B (zh) | 一种w波段波导带通滤波器 | |
Lee et al. | A compact quasi-elliptic dual-mode cavity filter using LTCC technology for V-band WLAN gigabit wireless systems | |
CN217719915U (zh) | 基片集成波导带通滤波器 | |
CN115347339B (zh) | 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |