中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器制造技術

本發明專利技術涉及中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器。本發明專利技術利用由雙層介質板疊加構成的1/4模基片集成腔體濾波器,中間層金屬面通過金屬柱B與QMSIW結構構成同軸諧振腔結構；中間層金屬面通過金屬柱C使調諧元件加載在上介質板頂層，為加載調諧元件提供物理空間；中心頻率以及帶寬的調諧通過加載變容管來實現。上層金屬面與中間層金屬面構成較強電容效應，通過外部并聯加載的變容管來調諧頻率，實現SIW結構的頻率調諧；兩諧振腔間通過加載變容管來調諧耦合強度,實現SIW結構帶寬調諧；同時引入QMSIW迎合現代射頻通信系統對于小型化的要求，并解決傳統腔體濾波器很難通過外部加載調諧原件來完成可調的問題。

1/4 mode substrate integrated waveguide filter with adjustable central frequency and bandwidth

The present invention relates to a 1/4 mode substrate integrated waveguide filter with adjustable central frequency and bandwidth. The invention uses 1/4 mode substrate integrated cavity filter formed by superposition of double-layer dielectric plate, a middle layer metal surface by metal column B and QMSIW structure of coaxial resonant cavity structure; the middle layer metal surface through the metal column C tuning element loaded in top slab, provide physical space for loading the tuning element; center frequency and the bandwidth tuning varactor is achieved by loading. The upper metal surface and middle layer metal surface constitute a strong capacitive effect, tube tuning frequency through the external parallel loaded varactor, realize the frequency tuning of the SIW structure; the two resonant cavity through the varactor tuned to load coupling strength, the realization of SIW structure bandwidth tuning; while the introduction of QMSIW to meet the modern RF communication system for miniaturization request, and it is difficult to solve the traditional cavity filter through the external load to complete the original tuning adjustable problem.

【技術實現步驟摘要】
中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器
本專利技術屬于電子信息
，具體為一種中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導(QMSIW)濾波器，是一種同時能夠實現中心頻率以及帶寬全可調并且結構緊湊的射頻濾波器。
技術介紹
隨著現代無線通信技術的快速發展，無線通信系統對無線通信設備提出了更高的要求，高性能、高可靠性、小型化、低成本已成為新型無線通信電子設備的基本要求。作為微波器件中的關鍵器件之一的濾波器，通常位于發射機天線前一級，作用是濾除發射鏈路中的雜散信號，或者位于接受機的混頻器和天線之間，作為選頻濾波器，抑制無關的電磁干擾；其工作性能的好壞直接影響著整個無線通信系統的質量，其尺寸的大小也直接影響著無線通信系統的大小及可攜帶性，所以濾波器的設計與研究對于通信系統來說十分重要。隨著無線通信技術飛速發展，頻譜資源越來越稀缺，為了充分地利用十分有限的頻譜資源，無線通信設備中廣泛采用了跳頻、擴頻、頻率動態分配等技術，并且出現了支持多種通信制式的可重構通信系統。可重構射頻濾波器作為這些技術與系統不可或缺的器件，近年來越來越受到重視。目前無論是實現中心頻率可調帶寬可預置，帶寬可重構中心頻率固定，乃至雙通帶頻率獨立可調的射頻濾波器都已經比較成熟了，但是目前能同時實現中心頻率和帶寬全可調的研究成果相對還是比較少，中心頻率和帶寬全可調濾波器能夠實現對各種制式的通信業務的“量身定制”，是可調濾波器的終極設計目標。在頻譜日益擁擠的當今,很多實際應用中對帶寬有一定的要求,帶寬未經控制的調諧濾波器很難進入使用。研究性能優良的頻率和帶寬全可調濾波器具有迫切需求。為了適應市場的發展和需要,例如移動通信、衛星通信的迅速發展和通訊設備的進一步向便捷化、多功能化、全數字化和高集成化及低成本方向發展,極大地推動了電子元器件的片式化、小型化和低成本及器件組合化、功能集成化的發展進程,濾波器的小型化是實現整機微型化的重要因素，因此也得到了很大的重視。追求濾波器小型化的一種有效途徑是使用體積更小的諧振器。常見的同軸諧振器、腔體諧振器由于體積龐大，已經越來越不適應如今濾波器小型化的需求，只是在一些高功率的場合無法替代。LC諧振器雖然結構簡單體積小巧，寄生參數和寄生耦合嚴重，由于開放的結構甚至磁性材料的使用使得Q值往往不高。為了尋找合適的諧振器，新材料和新方法不斷涌現。例如介質諧振器、晶體諧振器、微機電(MEMS)諧振器、聲表面波(SAW)諧振器、體聲波諧振器(FBAR)、平面集成波導(SIW)諧振器等等。新方法的出現又帶來新的熱點，對更適合材料的尋找和對結構的改進從未停止過。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供一種結構緊湊的四分之一模基片集成波導(QMSIW)結構的中心頻率帶寬全可調的帶通濾波器。本專利技術根據基片集成波導(SIW)腔體的磁對稱性，沿SIW腔體的兩個磁壁將SIW腔切開，取其中的四分之一，由兩個四分之一SIW腔體形成耦合設計濾波器。QMSIW擁有和SIW相似的性能,卻只有其尺寸的四分之一,符合現代無線通信系統對于小型化的要求。本濾波器主要包括兩個1/4模SIW諧振腔，輸入輸出饋線，耦合窗口，以及用于調諧頻率、帶寬、外部Q值的變容管。所述的濾波器主要由上下疊加的兩層介質板構成。所述的上介質板的上表面部分鋪設上層金屬面，剩余部分為加載中心頻率和帶寬的調諧元件提供物理空間；所述的下介質板的下表面全鋪下層金屬面，并加載兩個共面波導(CPW)結構的輸入輸出饋線；所述的上下介質板間設有中間金屬層，該中間金屬層由兩個相同的四分之一圓與長方形金屬條構成，其中四分之一圓的一邊與上層金屬面邊沿位置相同，另一邊與長方形金屬條的一邊接壤；長方形金屬條與上層介質板間貫穿有金屬柱C，該長方形金屬條用于加載中心頻率和帶寬的調諧元件；上下介質板間貫穿周期性分布的金屬柱A；金屬柱A和上下層金屬面構成QMSIW結構，上層金屬面只在QMSIW結構處敷銅，形成磁壁；同時中間金屬層與下層介質板間貫穿有周期性分布的金屬柱B；三層金屬層與金屬柱A、B，構成同軸QMSIW諧振腔結構；上下介質板間貫穿有金屬柱D，且輸入與輸出饋線加載在下層金屬面，通過金屬柱D與同軸諧振腔形成較強的容性外部耦合，通過改變加載在CPW傳輸線中的變容二極管Cv3的容值來控制外部Q值。所述的中間金屬層與上金屬層構成較強的電容效應，通過在中間同軸金屬與上金屬層間加載變容二極管Cv1，用以調諧同軸諧振腔的諧振頻率。本專利技術濾波器存在兩個諧振腔，兩個諧振腔間的耦合包括磁耦合和電耦合。磁耦合通過開窗，即增減兩諧振腔間的金屬柱來實現，是固定的。電耦合由加載在兩諧振腔中間金屬層間的變容二極管Cv2來實現，通過改變二極管Cv2容值調節兩個諧振腔間的耦合系數。進一步地，濾波器采用雙層PCB板疊加工藝，或采用LTCC工藝。本專利技術創新性的利用QMSIW結構解決了腔體濾波器較難通過加載可調元件實現頻率及帶寬可調的問題；提出了一種新的QMSIW頻率調諧方式；同時加載的調諧元件較少，為實際調試工作減輕了工作量；同時創新性的使用四分之一模基片波導結構，使濾波器尺寸大大降低。上層金屬面與中間層金屬面構成較強電容效應，通過外部并聯加載的變容管來調諧頻率，創新性的實現了SIW結構的頻率調諧方式；兩個諧振腔之間通過加載變容管來調諧耦合強度,創新性的實現了SIW結構的帶寬調諧方式；同時引入QMSIW迎合了現代射頻通信系統對于小型化的要求并解決了傳統腔體濾波器很難通過外部加載調諧原件來完成可調的問題。本專利技術濾波器結構緊湊，為可調腔體濾波器的小型化提供了新思路，帶寬調諧方式新穎，調諧范圍大，制作工藝要求較低。附圖說明圖1為本專利技術的結構總體示意圖；圖2分別是本專利技術的三層金屬層的結構圖，其中圖(a)是頂層(上介質板的上層)，圖(b)是中間層(上介質板與下介質板的中間層)，圖(c)是底層(下介質板的下層)；圖3為本專利技術兩個諧振腔耦合的等效結構圖；圖4是該可重構濾波器在各頻點的頻率調諧和某頻點的帶寬調諧的S參數仿真圖。圖5是該可重構濾波器在各頻點的頻率調諧和某頻點的帶寬調諧的S參數測試圖。圖中標記：1、6、7、8為金屬柱，2、3為輸入輸出饋線，4、5是中間層敷銅，9是頂層敷銅，10是底層敷銅，Cv1、Cv2、Cv3是變容二極管,V1是變容二極管Cv1的直流偏壓，V2是變容二極管Cv2的直流偏壓。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術作進一步說明。本實施例采用的QMSIW結構由于電磁傳播特性與SIW結構近似，以下的相關計算均基于完整的SIW結構。如圖1、圖2、圖3所示，該專利技術可調腔體濾波器由兩層PCB板疊加而成，兩層PCB板通過粘結片連接，兩層PCB板上周期性排列的金屬柱A1構成了諧振腔外壁。圖2(a)是濾波器的頂層(上PCB板的上層)，只在9處所示的區域敷銅，這樣設計為加載調諧元件提供了物理空間。圖2(c)是濾波器的底層(下PCB板的下層)，全部敷銅(10處所示區域敷銅)，上PCB板的上層金屬面9和下PCB板的下層金屬面10以及貫穿上下兩層PCB板的金屬柱1共同構成了四分之一模基片集成波導(QMSIW)。如圖2(b)所示，中間層(上下兩PCB板之間)只在4、5處敷銅，通過周期性分布金屬柱B6和下PCB板的下層金屬面10相連，形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器，其特征主要包括兩個1/4模SIW諧振腔，輸入輸出饋線，耦合窗口，以及用于調諧頻率、帶寬、外部Q值的變容管；所述的兩個1/4模SIW諧振腔是根據SIW腔體的磁對稱性，沿SIW腔體的兩個磁壁將SIW腔切開，取其四分之一，由兩個四分之一SIW腔體形成耦合而成。

【技術特征摘要】
1.中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器，其特征主要包括兩個1/4模SIW諧振腔，輸入輸出饋線，耦合窗口，以及用于調諧頻率、帶寬、外部Q值的變容管；所述的兩個1/4模SIW諧振腔是根據SIW腔體的磁對稱性，沿SIW腔體的兩個磁壁將SIW腔切開，取其四分之一，由兩個四分之一SIW腔體形成耦合而成。2.如權利要求1所述的中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器，其特征在于該濾波器具體包括上下疊加的兩層介質板；上介質板的上表面部分鋪設上層金屬面，剩余部分為加載中心頻率和帶寬的調諧元件提供物理空間；下介質板的下表面全鋪下層金屬面，并加載兩個共面波導(CPW)結構的輸入輸出饋線；上下介質板間貫穿周期性分布的金屬柱A與上下層金屬面構成QMSIW結構；中間層金屬面通過貫穿中間層金屬面與下層介質板的周期性分布金屬柱B，與QMSIW結構構成兩個同軸QMSIW諧振腔結構,且兩QMSIW諧振腔進行耦合。3.如權利要求1所述的中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器，其特征在于所述的濾波器采用雙層PCB板疊加工藝，或采用LTCC工藝。4.如權利要求1所述的中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器，其特征在于中間層金屬面通過貫穿中間層金屬面與上層介質板的金屬柱C，使調諧元件加載在介質板的頂層，為加載調諧元件提供了物理空間。5.如權利要求1所述的中心頻率及帶寬全可調的四分之一模基片集成波導濾波器，其特征在于中間層金屬面與上層金屬面構成較強的電容效應，通過在中間層金屬面與上層金屬面之間加載變容二極管，來調諧同軸諧振腔的諧振頻率。6.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣黎陽，游彬，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33