CN115347339B - 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器 - Google Patents

一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN115347339B
CN115347339B CN202211114102.7A CN202211114102A CN115347339B CN 115347339 B CN115347339 B CN 115347339B CN 202211114102 A CN202211114102 A CN 202211114102A CN 115347339 B CN115347339 B CN 115347339B
Authority
CN
China
Prior art keywords
integrated waveguide
metal
substrate integrated
hole
metal layer
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.)
Active
Application number
CN202211114102.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115347339A (zh
Inventor
周为荣
禹胜林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN202211114102.7A priority Critical patent/CN115347339B/zh
Publication of CN115347339A publication Critical patent/CN115347339A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115347339B publication Critical patent/CN115347339B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，本发明采用多层层叠的方式，使得滤波器的电路尺寸更加紧凑，易于集成，并且通过设置外部耦合窗口、内部耦合窗口和内部耦合孔阵列，可抑制TE105/TE501模之前的所有高次模，实现了一款能够在带外一段范围内依然具有很好抑制能力的带通滤波器。

Description

一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，属于微波技术领域。
背景技术
随着5G技术的逐渐成熟与广泛运用，无线移动通信业务急切需要一种能够具备大数据吞吐能力的宽带高速无线传输***，因此，有关无线通信应用的工作频率在不断的往高频段偏移，此时传统的滤波器已经不能满足现有的需求。现如今无线电频谱的拥挤，各种微波元器件与***之间隔离的要求变得越来越高，因此有必要研究出一款能够在带外一段范围内依然具有很好抑制能力的带通滤波器。
发明内容
本发明提供了一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，包括从上往下依次堆叠的顶层金属层、中间第一介质基片层、中间金属层、中间第二介质基片层和底层金属层；
中间第一介质基片层上开设有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列的左侧部、顶层金属层和中间金属层构成第一基片集成波导谐振腔，金属化通孔阵列的右侧部、顶层金属层和中间金属层构成第四基片集成波导谐振腔；第一基片集成波导谐振腔和第四基片集成波导谐振腔的高次模电场最弱区域设置有外部耦合窗口；
中间第二介质基片层上开设有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列的左侧部、中间金属层和底层金属层构成第二基片集成波导谐振腔，金属化通孔阵列的右侧部、顶层金属层和中间金属层构成第三基片集成波导谐振腔；第二基片集成波导谐振腔和第三基片集成波导谐振腔之间设置有内部耦合窗口，内部耦合窗口位于高次模电场最弱区域；
中间金属层的左侧部和右侧部均设置有内部耦合孔阵列。
第一介质基片层上设置有输入端口和输出端口，输入端口在第一基片集成波导谐振腔的外部耦合窗口处馈电，输出端口在第四基片集成波导谐振腔的外部耦合窗口处馈电。
外部耦合窗口位于所在基片集成波导谐振腔的侧壁中心处。
内部耦合窗口位于第二基片集成波导谐振腔和第三基片集成波导谐振腔之间的侧壁中心处。
中间金属层左侧部的内部耦合孔阵列包括第一中心金属孔和两对第一金属小孔，一对第一金属小孔设置在第一中心金属孔的上、下侧，另一对第一金属小孔设置在第一中心金属孔的左、右侧，所有第一金属小孔与第一中心金属孔的距离一致。
中间金属层右侧部的内部耦合孔阵列包括第二中心金属孔和两对第二金属小孔，一对第二金属小孔设置在第二中心金属孔的斜对角方向上，并且位于第二中心金属孔的两侧，另一对第二金属小孔设置在第二中心金属孔的斜对角方向上，并且位于第二中心金属孔的两侧，所有第二金属小孔与第二中心金属孔的距离一致。
本发明所达到的有益效果：本发明采用多层层叠的方式，使得滤波器的电路尺寸更加紧凑，易于集成，并且通过设置外部耦合窗口、内部耦合窗口和内部耦合孔阵列，可抑制TE105/TE501模之前的所有高次模，实现了一款能够在带外一段范围内依然具有很好抑制能力的带通滤波器。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为基片集成波导谐振腔前几个高次模的电场幅度分布图；
图3为TE103/TE301模的电磁场分布而设计的内部耦合孔阵列图；
图4为TE303模的电磁场分布而设计的内部耦合孔阵列图；
图5为TE101主模在基片集成波导谐振腔中传输的电场结构图；
图6为被抑制的高次模在基片集成波导谐振腔中传输的电场结构图；
图7为滤波器的通带S参数图；
图8为滤波器的带外S参数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，包括从上往下依次堆叠的顶层金属层3、中间第一介质基片层8、中间金属层11、中间第二介质基片层16和底层金属层18。顶层金属层3、中间金属层11和底层金属层18的厚度均为0.018mm，中间第一介质基片层8和中间第二介质基片层16均采用介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009的Rogers RT/duroid 5880介质基板，基板厚度为0.508mm。
顶层金属层3的上采用两条微带线—共面波导（cpw）过渡的输入、输出馈电端口结构，即输入端口1和输出端口2。
中间第一介质基片层8上开设有金属化通孔阵列7，金属化通孔阵列7整体呈“日”字形，金属化通孔阵列7的左侧部、顶层金属层3和中间金属层11构成第一基片集成波导谐振腔5，第一基片集成波导谐振腔5连接输入端口1。金属化通孔阵列7的右侧部、顶层金属层3和中间金属层11构成第四基片集成波导谐振腔4，第四基片集成波导谐振腔4连接输出端口2。
中间第二介质基片层16上开设有金属化通孔阵列7，金属化通孔阵列7整体呈“日”字形，金属化通孔阵列7的左侧部、中间金属层11和底层金属层18构成第二基片集成波导谐振腔15，金属化通孔阵列7的右侧部、顶层金属层3和中间金属层11构成第三基片集成波导谐振腔14。
上述金属化通孔阵列中，相邻金属通孔间距p，需要满足:d/λg<0.2，p/d<2条件时，电磁能量才能束缚于谐振腔中，其中，d为金属通孔的直径，λg为波导波长。本结构中相邻金属通孔间距p在满足上述条件时，合理设计p值的自由度，有利于滤波器后续的优化与微调工作，以及减少实物制作工艺的误差。
上述所有谐振腔均为SIW方形谐振腔，在SIW方形谐振腔中，模式随频率升高的顺序依次为:TE101、TE102/TE201、TE202、TE103/TE301、TE203/TE302、TE104/TE401、TE303、 TE204/TE402、TE304/TE403、TE105/TE501、…；因此需要按照模式的谐振频率从低到高进行抑制，才能实现想要的宽阻带滤波器。
如图2所示，箭头(A,B)方向为高次模电场最弱区域，将馈电端口和耦合窗口的位置设置在该区域，这些高次模式将在谐振腔中无法被激励和耦合，具体在第一基片集成波导谐振腔5和第四基片集成波导谐振腔4的高次模电场最弱区域设置有外部耦合窗口6，外部耦合窗口6位于所在基片集成波导谐振腔的侧壁中心处，输入端口1在第一基片集成波导谐振腔5的外部耦合窗口6处馈电，输出端口2在第四基片集成波导谐振腔4的外部耦合窗口6处馈电，第二基片集成波导谐振腔15和第三基片集成波导谐振腔14之间设置内部耦合窗口17，内部耦合窗口17位于高次模电场最弱区域，内部耦合窗口17位于第二基片集成波导谐振腔15和第三基片集成波导谐振腔14之间的侧壁中心处。
内部耦合窗口17和外部耦合窗口6的设置，可以从本质抑制了对称分布的TEmon(m=2,4,6,…)/TEmon(n=2,4,6,…)模的谐振，正如图2中的TE102/TE201、TE202、TE203/TE302、TE104/TE401、TE204/TE402、TE304/TE403等高次模。但由于TE103/TE301和TE303模无法被抑制，采用此方式设计的SIW滤波器阻带不会超过2.23f 0，因此需要引入电磁混合耦合的方法对特定模式TE103/TE301和TE303的抑制。
根据电磁混合耦合理论可知，若两个谐振器的耦合中同时存在电耦合和磁耦合时，总的耦合系数可以用如下公式表示：
k 总=| k m - k e |
其中，k m 为磁场耦合系数，k e 为电场耦合系数；只需引入等量的电偶合和磁耦合使总的耦合系数约为零，即可实现模式的抑制。
在谐振腔中，根据TE103/TE301模的电磁场分布，在中间金属层11的左侧部设置有内部耦合孔阵列，包括第一中心金属孔9和两对第一金属小孔10，一对第一金属小孔10设置在第一中心金属孔9的上、下侧，另一对第一金属小孔10设置在第一中心金属孔9的左、右侧，所有第一金属小孔10与第一中心金属孔9的距离一致。
如图3所示，第一中心金属孔9半价为r1，第一金属小孔10的半价为r11，r11小于r1，第一金属小孔10与第一中心金属孔9的距离为k。由总耦合系数公式可知，当取合适的r1、r11和k时，TE103模的耦合可以是电性的、可以是磁性的、还可以为零(模式即被抑制)，即引入的磁耦合量等于电耦合量时，该模式得到有效抑制。由于两个模式正交分布在腔体中，而耦合孔径也正交分布在腔体中，因此当TE103模的耦合被抑制，TE301模也随之被抑制。
同理，根据TE303模的电磁场分布，在中间金属层11的右侧部设置内部耦合孔阵列，包括第二中心金属孔12和两对第二金属小孔13，一对第二金属小孔13设置在第二中心金属孔12的斜对角方向上，并且位于第二中心金属孔12的两侧，另一对第二金属小孔13设置在第二中心金属孔12的斜对角方向上，并且位于第二中心金属孔12的两侧，所有第二金属小孔13与第二中心金属孔12的距离一致。
如图4所示，第二中心金属孔12半价为r2，第二金属小孔13的半价为r22，r22小于r2，第二金属小孔13与第二中心金属孔12的距离为k1。以TE303模为例，半径为r2的孔提供TE303模的电耦合，斜对角线上四个半径为r22的孔则提供TE303模的磁耦合，当取合适的r2、r22和k1时，TE303模的耦合可以是电性的、可以是磁性的、还可以为零(模式即被抑制)。
如图5所示，通过合理设计滤波器的耦合方式，使得主模TE101得到很好的传输。也通过合理设计滤波器的抑制方法，实现了对TE105/ TE501以内的所有高次摸的抑制，由图6所示，可以看出耦合能量从输入端口1进入，而在输出端口2却没有能量传输。
图7为图1所示滤波器的通带S参数曲线图，中心频率为5.9GHz，相对带宽为2.8%。图8为图1所示滤波器的带外S参数曲线图，在13.2GHz处的TE103模和TE301模完全被抑制，且抑制水平优于30dB；在17.7GHz处的TE303模完全被抑制，且抑制水平优于45dB。20dB的带外抑制水平一直可以延伸至21.4GHz，接近3.62f0(f0:滤波器中心频率)的阻带延伸。
上述带通滤波器采用多层层叠的方式，使得电路尺寸更加紧凑，易于集成，并且通过设置外部耦合窗口6、内部耦合窗口17和内部耦合孔阵列，可抑制TE105/TE501模之前的所有高次模，能够在带外一段范围内依然具有很好抑制能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，包括从上往下依次堆叠的顶层金属层、中间第一介质基片层、中间金属层、中间第二介质基片层和底层金属层；
中间第一介质基片层上开设有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列的左侧部、顶层金属层和中间金属层构成第一基片集成波导谐振腔，金属化通孔阵列的右侧部、顶层金属层和中间金属层构成第四基片集成波导谐振腔；第一基片集成波导谐振腔和第四基片集成波导谐振腔的高次模电场最弱区域设置有外部耦合窗口；
中间第二介质基片层上开设有金属化通孔阵列，金属化通孔阵列的左侧部、中间金属层和底层金属层构成第二基片集成波导谐振腔，金属化通孔阵列的右侧部、顶层金属层和中间金属层构成第三基片集成波导谐振腔；第二基片集成波导谐振腔和第三基片集成波导谐振腔之间设置有内部耦合窗口，内部耦合窗口位于高次模电场最弱区域；
中间金属层的左侧部和右侧部均设置有内部耦合孔阵列。
2.根据权利要求1所述的一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，第一介质基片层上设置有输入端口和输出端口，输入端口在第一基片集成波导谐振腔的外部耦合窗口处馈电，输出端口在第四基片集成波导谐振腔的外部耦合窗口处馈电。
3.根据权利要求1或2所述的一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，外部耦合窗口位于所在基片集成波导谐振腔的侧壁中心处。
4.根据权利要求1所述的一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，内部耦合窗口位于第二基片集成波导谐振腔和第三基片集成波导谐振腔之间的侧壁中心处。
5.根据权利要求1所述的一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，中间金属层左侧部的内部耦合孔阵列包括第一中心金属孔和两对第一金属小孔，一对第一金属小孔设置在第一中心金属孔的上、下侧，另一对第一金属小孔设置在第一中心金属孔的左、右侧，所有第一金属小孔与第一中心金属孔的距离一致。
6.根据权利要求1所述的一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器，其特征在于，中间金属层右侧部的内部耦合孔阵列包括第二中心金属孔和两对第二金属小孔，一对第二金属小孔设置在第二中心金属孔的斜对角方向上，并且位于第二中心金属孔的两侧，另一对第二金属小孔设置在第二中心金属孔的斜对角方向上，并且位于第二中心金属孔的两侧，所有第二金属小孔与第二中心金属孔的距离一致。
CN202211114102.7A 2022-09-14 2022-09-14 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器 Active CN115347339B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211114102.7A CN115347339B (zh) 2022-09-14 2022-09-14 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211114102.7A CN115347339B (zh) 2022-09-14 2022-09-14 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115347339A CN115347339A (zh) 2022-11-15
CN115347339B true CN115347339B (zh) 2023-06-20

Family

ID=83956870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211114102.7A Active CN115347339B (zh) 2022-09-14 2022-09-14 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115347339B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904392A (zh) * 2014-04-08 2014-07-02 电子科技大学 基片集成波导滤波器
CN106848510A (zh) * 2017-03-03 2017-06-13 南京理工大学 一种叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器
CN111934073A (zh) * 2020-09-27 2020-11-13 成都频岢微电子有限公司 一种基于微带与基片集成波导混合的小型化宽阻带滤波器
WO2021019567A1 (en) * 2019-07-29 2021-02-04 Indian Institute Of Technology Delhi Tunable substrate integrated waveguide filter
CN113224488A (zh) * 2021-05-13 2021-08-06 上海航天电子通讯设备研究所 一种宽阻带基片集成波导滤波功分器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111247690B (zh) * 2017-10-18 2022-04-01 瑞典爱立信有限公司 滤波器装置、相关的天线装置和无线设备及相关滤波方法
US11637354B2 (en) * 2020-12-21 2023-04-25 John Mezzalingua Associates, LLC Method and system of fabricating and tuning surface integrated waveguide filter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904392A (zh) * 2014-04-08 2014-07-02 电子科技大学 基片集成波导滤波器
CN106848510A (zh) * 2017-03-03 2017-06-13 南京理工大学 一种叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器
WO2021019567A1 (en) * 2019-07-29 2021-02-04 Indian Institute Of Technology Delhi Tunable substrate integrated waveguide filter
CN111934073A (zh) * 2020-09-27 2020-11-13 成都频岢微电子有限公司 一种基于微带与基片集成波导混合的小型化宽阻带滤波器
CN113224488A (zh) * 2021-05-13 2021-08-06 上海航天电子通讯设备研究所 一种宽阻带基片集成波导滤波功分器

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A novel compact dual-mode SIW filter with wide rejection band and selective response;Ahmad Mahan等;《Microwave and optical technology letters》;第61卷(第3期);573-577 *
X波段T/R组件键合金丝的自动检测技术;马美铭等;《电子测量技术》;第44卷(第17期);118-122 *
基于多模耦合的宽阻带滤波器研究;关雪芹;《全国优秀硕士学位论文全文数据库》;24-39 *
高选择性基片集成波导滤波器的研究;刘硕等;《万方学位论文库》;25-58 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115347339A (zh) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111883889B (zh) 基于人工表面等离激元和介质集成悬置线的带通滤波器
CN110797614B (zh) 一种具有高次模抑制的小型化基片集成波导滤波器
CN112563702B (zh) 基于hmsiw腔体的小型化双模滤波器及零点调节方法
CN113328713B (zh) 一种垂直堆叠的封装滤波器
CN112928409A (zh) 具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器
Liu et al. Ultra-compact quasi-elliptic bandpass filter based on capacitive-loaded eighth-mode SIW cavities
CN111740192B (zh) 一种叉指结构加载的基片集成波导滤波器
Lee et al. Ka-band surface-mount cross-coupled SIW filter with multi-layered microstrip-to-GCPW transition
CN115347339B (zh) 一种基片集成波导的宽阻带带通滤波器
CN109638395B (zh) 一种微带超宽带带通滤波器
CN116435731A (zh) 一种n阶四分之一波长高带外抑制滤波器结构及滤波器
CN114156618B (zh) 一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器
CN111934073B (zh) 一种基于微带与基片集成波导混合的小型化宽阻带滤波器
CN104953214B (zh) 一种毫米波siw滤波器及其设计方法
Afridi et al. Mixed non-uniform width/evanescent mode ceramic resonator waveguide filter with wide spurious free bandwidth
Zhang et al. Miniaturized single band filter with wide outer-band rejection at higher frequencies
CN217589388U (zh) 一种三模带通滤波器
CN220400880U (zh) 一种小型化高选择性的微带贴片谐振器和带通滤波器
CN113611993B (zh) 一种高选择性宽阻带的折叠基片集成波导双模滤波器
Ning et al. Multi passband filter with one-twelfth mode miniaturized based on substrate integrated waveguide
Sun et al. A compact bandpass filter with high selectivity and wide stopband
CN113611994B (zh) 基于多种形状缺陷地的共面波导双频带通滤波器
CN220474866U (zh) 一种n阶四分之一波长高带外抑制滤波器结构及滤波器
Tomar Analysis of SIW filter with less dielectric substrate
CN212725533U (zh) 一种半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant