一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器制造技術

該發明專利技術公開了一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器，屬于微波毫米波領域。濾波器包括介質基板、設于基板正面的金屬貼片、以及覆蓋基板背面的接地板，基板上加載有介質柱，且介質柱之間刻蝕有階梯阻抗槽線。本發明專利技術采用半模基片集成波導技術設計濾波器，相對于傳統矩形波導和傳輸線結構的濾波器，其具有損耗低、品質因數高和易于集成等優點。而半模基片集成波導與傳統的基片集成波導相比，在保持了基片集成波導傳輸特性的同時，尺寸減小了一半，結構更為緊湊，集成度更高。

Dielectric loaded half mode substrate integrated waveguide band-pass filter

The invention discloses a dielectric loaded half mode substrate integrated waveguide band-pass filter, which belongs to the field of microwave millimeter wave. The filter comprises a dielectric substrate, a metal patch arranged on the front side of the substrate, and a grounding plate covering the back side of the substrate. The invention adopts a half mode substrate integrated waveguide technology to design a filter, which has the advantages of low loss, high quality factor, easy integration, etc. compared with the traditional rectangular waveguide and the transmission line structure of the filter. Compared with the conventional substrate integrated waveguide, the half mode substrate integrated waveguide has the advantages of keeping the transmission characteristics of the substrate integrated waveguide at the same time, the size is reduced by half, the structure is more compact, and the integration is higher.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微波毫米波領域，具體涉及一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器。
技術介紹
濾波器是現代無線通信系統中用來分離和組合各種不同頻率信號的重要元件。隨著人們對有限頻譜資源需求的不斷增長，特別是未來智能化無線通信頻段的不斷細分和增加，現代通信系統對濾波器的性能和結構正提出更高的要求。傳統的濾波器設計方法在滿足現代無線通信系統對濾波器低插入損耗、高選擇性、寬阻帶、小型化、易于集成等方面的要求則顯不足。為了兼顧對濾波器高性能和小型化等多方面的需求，人們將基片集成波導和半模基片集成波導、折疊基片集成波導、消逝模基片集成波導等改進結構應用到濾波器的設計中，主要通過基片中波導結構的變化實現小型化，并提高其阻帶性能。但這些方式實現的濾波器在兼顧元件的良好特性和緊湊型等方面有明顯限制。另一方面，基于介質諧振器的微波電路電磁性能良好，具有體積小、插損低和結構靈活等優點，已被廣泛地應用于微波電路和天線的設計中。但目前的介質諧振器電路大多依托于金屬腔體，難以與平面電路實現一體化集成。因此，研發一種能將介質諧振器與微波平面集成電路的優勢結合起來的實現方案有重要應用價值。上海交通大學有研究人員在2009年提出了一種介質加載基片集成波導結構，并以此實現了一款帶通濾波器。該濾波器具有結構緊湊、插損小、寄生通帶距離主通帶較遠等特性。但這款帶通濾波器采用的是在基片集成波導方腔的中心加載介質柱來實現，這就導致元件整體尺寸偏大。
技術實現思路
本專利技術的主要目的是采用在半模基片集成波導中加載介質柱的方法，實現一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器，該濾波器可被用于高數據率通信系統射頻前端。本專利技術通過以下技術方案實現：一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器，包括介質基板、設于基板正面的金屬貼片、以及覆蓋基板背面的接地板，其特征在于：所述金屬貼片包括矩形金屬貼片、通過阻抗漸變微帶線與矩形金屬貼片連接的位于兩端的輸入輸出微帶饋線。所述矩形金屬貼片通過一排金屬化通孔與接地板連接，金屬化通孔、接地板以及金屬貼片一起構成了半模基片集成波導。所述介質基板設有n+1個圓柱形通孔，其中n大于或等于1，通孔內填充有介質柱，介質柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片及接地板。所述矩形金屬貼片上分布有n個阻抗槽線，阻抗槽線位于相鄰兩介質柱之間，其距離金屬化通孔較遠的一端與矩形金屬貼片的長邊重合。所述阻抗漸變微帶線為直角梯形金屬貼片，其高阻抗端與矩形金屬貼片相連，低阻抗端與微帶饋線相連。所述阻抗槽線為兩段或兩段以上阻抗不同的槽線構成的階梯形槽線。所述介質柱為高性能陶瓷材料。本專利技術中每個加載介質柱的半模基片集成波導單元都被視為一個諧振單元。通過改變介質柱的尺寸，確定介質加載半模基片集成波導單元的諧振頻率；精確設計半模基片集成波導的寬度(即金屬化通孔的中心到矩形金屬貼片較遠長邊的距離)，確定半模基片集成波導的主模截止頻率，并且該主模截止頻率遠遠高于介質加載半模基片集成波導單元的諧振頻率，對縮小濾波器的尺寸非常有利。各諧振單元之間互相有耦合作用，最終實現帶通濾波器的傳輸特性。所述介質加載半模基片集成波導帶通濾波器的關鍵技術難點之一在于解決加載介質柱的半模基片集成波導單元之間的耦合問題，確定影響濾波器傳輸特性的關鍵結構參數。在加載介質柱的半模基片集成波導單元之間刻蝕階梯阻抗槽線，有效地減弱了相鄰諧振單元之間的耦合，使整個濾波器結構更加緊湊，并且對由半模基片集成波導的主模所引起的高次諧波也有很大的抑制作用，極大地拓展濾波器的阻帶范圍。本專利技術與現有技術相比，其優點和有益效果是：1、采用半模基片集成波導技術設計濾波器，相對于傳統矩形波導和傳輸線結構的濾波器，其具有損耗低、品質因數高和易于集成等優點。而半模基片集成波導與傳統的基片集成波導相比，在保持了基片集成波導傳輸特性的同時，尺寸減小了一半，結構更為緊湊，集成度更高。2、采用介質加載半模基片集成波導，使得濾波器尺寸小，結構緊湊，設計簡單，成本低，可以適用于多種通信系統。3、該濾波器不但具有插入損耗低、選擇性好等特點，而且其寄生響應距離主通帶遠，因此同時具有諧波抑制特性好的優點。附圖說明圖1為一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器結構主視圖；圖2為一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器結構后視圖；圖3為一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器的結構尺寸圖；圖4為一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器寬帶范圍傳輸特性曲線；圖5為一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器窄帶范圍傳輸特性曲線。附圖標號說明：1.接地板，2.介質基板，3.矩形金屬貼片，4.阻抗漸變微帶線，5.介質柱，6.金屬化通孔，7.槽線，8.輸入輸出微帶饋線。具體實施方式下面結合附圖和實施例，詳細描述本專利技術的技術方案：如圖1和圖2所示，一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器，包括矩形介質基板2(介質基板2為長*寬*厚＝32mm*14mm*0.787mm的Rogersduroid5880基板，其相對介電常數εr＝2.2，損耗角正切tanδ＝0.0009。)、設于基板正面的金屬貼片、以及覆蓋基板背面的接地板1。金屬貼片包括矩形金屬貼片3、通過梯形阻抗漸變微帶線4與矩形金屬貼片3連接的位于兩端的50Ω輸入輸出微帶饋線8，金屬貼片下端與基板長邊的距離為5.6mm。矩形金屬貼片3通過一排圓形金屬化通孔6與接地板1連接，通孔直徑為0.8mm，通孔間隙為0.75mm。本實施例為三階帶通濾波器，因此介質基板設有3個填充有介質柱5的圓柱形通孔，介質柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片3及接地板1。介質柱5的材料為介電常數大于介質基板的高性能陶瓷材料，其尺寸由濾波器的工作頻率確定，本實施例中介質柱的相對介電常數為εrd＝39，且中間介質柱的半徑大于兩側介質柱的半徑。矩形金屬貼片3上分布有2個由兩段寬度不同的槽線組成的階梯形阻抗槽線，用于減弱加載介質柱的半模基片集成波導單元之間的耦合強度。該實施例尺寸標記如圖3所示，具體對應參數如下表所示：符號值(mm)符號值(mm)符號值(mm)符號值(mm)W14L120Win12.3Win20.5Ws10.3Ws20.8Ls12Ls21.9Ld6.4Lin4D13.16D22.98仿真結果如圖4和圖5所示，其中圖4為寬帶范圍的傳輸特性，圖5為窄帶范圍的傳輸...

【技術保護點】
一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器，包括介質基板、設于基板正面的金屬貼片、以及覆蓋基板背面的接地板，其特征在于：所述金屬貼片包括矩形金屬貼片、通過阻抗漸變微帶線與矩形金屬貼片連接的位于兩端的輸入輸出微帶饋線；所述矩形金屬貼片通過一排金屬化通孔與接地板連接；所述介質基板設有n+1個圓柱形通孔，其中n大于或等于1，圓柱形通孔內填充有介質柱，介質柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片及接地板；所述矩形金屬貼片上分布有n個阻抗槽線，阻抗槽線位于相鄰兩介質柱之間，其距離金屬化通孔較遠的一端與矩形金屬貼片的長邊重合。

【技術特征摘要】
1.一種介質加載半模基片集成波導帶通濾波器，包括介質基板、設于基板正面的金屬貼
片、以及覆蓋基板背面的接地板，其特征在于：所述金屬貼片包括矩形金屬貼片、通過阻抗
漸變微帶線與矩形金屬貼片連接的位于兩端的輸入輸出微帶饋線；
所述矩形金屬貼片通過一排金屬化通孔與接地板連接；
所述介質基板設有n+1個圓柱形通孔，其中n大于或等于1，圓柱形通孔內填充有介質
柱，介質柱的上下底面分別貼合矩形金屬貼片及接地板；
所述矩形金屬貼片上分布有n個阻抗槽線，阻抗槽線位于相鄰兩介質柱之間，其距離...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張巧利，王秉中，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51