CN202019043U

CN202019043U - 具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器

Info

Publication number: CN202019043U
Application number: CN2011200425959U
Authority: CN
Inventors: 孟令琴; 李鹏; 黄劲松; 祝君豪
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2021-02-21

Abstract

本实用新型涉及一种具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器。它包括三层结构：正面包括两段金属微带线、一段蚀刻有DGS的基片集成波导，中间包括介质层、两排金属通孔，背面包括完整的金属镀层。所述的DGS由两个开环谐振器上下放置组成，并且将两环中间的金属导带蚀刻掉使两环相联。上下两个开环谐振器可以形成谐振，根据器件的TE₁₀模的电场分布图，蚀刻掉的中间金属导带会影响传播特性。本实用新型结构简单，易于加工,不用额外打孔形成腔体，加工精度高，简单易行。与传统基片集成波导滤波器相比，新型滤波器通带内S₁₁更小，通带内插损更小，通带左右各有一个传输零点，边带更为陡峭。

Description

具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，属于无线通信技术领域中带通滤波器范畴。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，低频率波段已经被分配完毕，并且不同频率之间的干扰也比较大。于是通信频率越来越高，微波通信得到了大力发展。

除了普通民用通信以外，军用通信对微波通信电路在体积重量等方面都提出了更高的要求，这就需要我们实现微波电路的小型化、集成化和高可靠性。随着技术的进步，我们对***的集成度、损耗、辐射等要求越来越严格。而平面导波结构由于导体损耗、介质损耗和辐射损耗的存在，使得它工作在微波波段时，Q值并不是很高，这就限制了它在微波波段的应用。另一方面，虽然传统波导结构可以构成Q值很高的器件，但是他们不是体积过于庞大就是集成加工非常困难，所以不可能被大规模应用在集成***中。

为了解决这种矛盾，基片集成波导（SIW）结构被提了出来。这种结构是用金属通孔替代一些传统波导的金属侧壁来实现导波作用，这就使得SIW可以用印刷电路板（PCB）或者低温共烧陶瓷（LTCC）实现。用SIW可以制造集成度高、性能好、低损耗的微波器件，它是未来微波电路小型化、集成化的一个重要方向。

在当今众多的微波通信设备和器件中，滤波器无疑是最常用也是最基本的器件。随着各种无线技术的发展，性能高、体积小、重量轻、成本低已经成为了滤波器发展的主要趋势，用SIW结构来构成滤波器无疑是具有光明前景的一种解决方式。

由于SIW上下两侧均为印刷金属面，所以可以采用SIW结构上蚀刻缺陷地结构DGS（Defected Ground Structure）的方法来构成滤波器。将DGS应用在SIW上，可以不增大滤波器的体积，改善滤波器的带内特性和带外特性。同时DGS不用受周期限制，设计比较灵活。然而传统的DGS都是应用在微带线上的，而且性能不理想，所以探求可以应用在SIW上的新型DGS结构，并制作性能优良的滤波器是具有重要意义的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器。这种滤波器设计简单，体积小，容易加工，通带内具有两个传输极点，***损耗小于1dB，通带左右各有一个传输零点，具有陡峭的边带特性。

为达到上述目的，本实用新型的构思是：

（1）在应用在微带线上传统的DGS基础上进行改进，使其可以应用在基片集成波导上，并且达到更为陡峭的边带特性。

（2）在传统的互补开环谐振器（CSRRs）的基础上，将两个CSRR分别均改为单环谐振器，并将两个环中间的金属部分蚀刻掉，以改变电磁波的传播。

（3）本实用新型采用如下的介质板材料：介质基板选用介电常数为

Figure 2011200425959100002DEST_PATH_IMAGE002

=2.65，厚度h=0.8mm。

（4）加工后的电路板为一层，其反面是金属镀层，正面包括一段微带，一段蚀刻有DGS的基片集成波导，其中微带两端焊有两个SMA接头，用于实际测量。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，包括正面、中间层和底面三层结构，其特征在于所述正面有两段金属微带线和一段带有缺陷地结构的基片集成波导，所述中间层是两侧有金属化通孔的介质板，所述底面是金属镀层。所述基片集成波导上的所述缺陷地结构是由两个基本的开环谐振器上下放置构成，并且将两个环中间的金属导带蚀刻掉使两环相联。上下两个开环谐振器可以形成谐振，根据器件的TE₁₀模的电场分布图，蚀刻掉的中间金属导带可以影响传播特性。

所述基片集成波导的宽度为12.6mm±1mm。

所述介质板层为介电常数

=2.65的介质板，该介质板厚度h =0.8mm±0.05mm。

所述金属微带线、中间的金属通孔部分、反面部分的金属镀层可以是导电性能较好的金属材料，如金、或银、或铜。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

（1）本发明结构简单，易于加工。由于本结构是在基片集成波导上表面直接蚀刻DGS形成滤波器，不用额外打孔形成腔体，加工精度高，简单易行。

（2）与传统平面结构相比，辐射损耗较小，利于应用在微波波段。和传统波导结构相比，体积小、集成度高、价格低、易于加工，可以用PCB或者LTCC等工艺实现。

（3）新型DGS谐振在基片集成波导的截止频率以下时，通带内S₁₁更小，通带内插损更小，,通带左右各有一个传输零点，使得边带比加载CSRRs的滤波器的边带更为陡峭。

附图说明

图1 传统的CSRRs单元结构示意图

图2 新型DGS单元结构示意图。

图3 传统加载CSRRs的基片集成波导滤波器的结构示意图。

图4 具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器的结构示意图。

图5 传统加载CSRRs的基片集成波导滤波器的频率响应图。

图6 具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器的频率响应图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：

本发明所提出的新型DGS单元结构的示意图如图2所示，它是在传统互补开环谐振器（CSRRs）单元结构，如图1，基础上将两个CSRR都改为单环谐振器，并且将两个谐振器之间的金属导带部分蚀刻掉，从而影响TE₁₀模的传播。通过改变谐振器的尺寸可以调节通带和传输零点的位置，改变两个谐振器直接的金属导带部分的宽度可以改变两个谐振器之间的耦合，从而可以调节滤波器的频率响应。

如图3是传统加载传统CSRRs单元的基片集成波导滤波器的结构示意图。图4是传统加载CSRRs的基片集成波导滤波器的结构示意图。

实施例一：

参见图4，本具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，包括由PCB技术实现的三层结构：正面包括两段金属微带线、一段蚀刻有DGS的基片集成波导，中间包括介质层、两排金属通孔、输入输出的SMA接头，背面包括完整的金属镀层。其中PCB板材介电常数为2.65，板材厚度为0.8mm，金属通孔为打孔后内壁覆铜。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：由LTCC技术实现三层结构，金属通孔为打孔后在通孔内填充铜。

实施例三：

本实施例与实施例二基本相同，特别之处是：

图4是本实施例的结构示意图，经过设计、仿真和优化，最终确定具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器的具体尺寸如下：

w=12.6mm,m=1.48mm,vd=0.8mm, a1=5mm，b=11mm,a2=0.3mm,g=0.4mm,s=0.6mm。

基于上述方法设计了中心频率为 5GHz，相对带宽约为15%的微波滤波器，通过电磁仿真软件HFSS进行仿真，调试。

图5显示了传统加载CSRRs的基片集成波导滤波器的频率响应。

图6显示了具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器的频率响应，仿真结果表明新型滤波器的两个边带都比较陡峭，带内插损较小。而且滤波器的结构简单，尺寸小，实现了小型化。

以上仿真结果表明：

（1）通带带宽约为780MHz，带内***损耗均小于1dB。

（2）通带截止边沿陡峭，在3GHz和6.8GHz处有两个传输零点。

（3）带内，带外性能良好，同时结构简单，易于加工。

Claims

1.一种具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，包括正面、中间层和底面三层结构，其特征在于所述正面有两段金属微带线（1、5）和一段带有缺陷地结构（4）的基片集成波导（2），所述中间层是两侧有金属化通孔（3）的介质板（6），所述底面是金属镀层（7）。

2.根据权利要求1所述的具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，其特征在所述基片集成波导（2）上的所述缺陷地结构（4）是：由两个基本的开环谐振器上下安置构成，并且将两个环中间的金属导带蚀刻掉使两环相联。

3.根据权利要求1所述的具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，其特征在于所述基片集成波导（2）的宽度为12.6mm±1mm，所述金属化通孔（3）的内壁覆铜。

4.根据权利要求1所述的具有陡峭边带特性的基片集成波导滤波器，其特征在于所述介质板（6）为介电常数 =2.65的介质板，该介质板厚度h =0.8mm±0.05mm。