專(zhuān)利名稱(chēng)：基片集成波導(dǎo)——共面波導(dǎo)帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以應(yīng)用于微波毫米波電路的設(shè)計(jì)，亦可用于SOP、SOC等高度集成系統(tǒng)中微波毫米波集成電路的設(shè)計(jì)的基片集成波導(dǎo)--共面波導(dǎo)帶通濾波器。
背景技術(shù)：
微波毫米波帶通濾波器在迅速發(fā)展的通信系統(tǒng)有著大量的應(yīng)用。隨著寬帶通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)具有很寬通帶的濾波器有著迫切的需求。利用傳統(tǒng)的金屬脊波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)可以形成寬頻帶微波毫米波帶通濾波器。但是這些形式的濾波器首先很難做到非常寬的相對(duì)帶寬(≥50％)，其次這些形式的帶通濾波器體積比較龐大，難以和其他微波毫米波器件集成，第三這些形式的帶通濾波器加工成本比較昂貴，加工精度的要求比較高。為了克服這些困難，需要一種具有很寬帶寬(≥50％)，體積小，重量輕，加工成本低，易于集成的微波毫米波帶通濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種既能滿(mǎn)足寬帶或者超寬帶系統(tǒng)中濾波器需要、又易于將通信系統(tǒng)中微波毫米波電路與微波毫米波高性能濾波器集成在一起的基片集成波導(dǎo)--共面波導(dǎo)帶通濾波器，具有體積小、易于集成、加工成本比較低廉，頻率選擇性高、損耗較低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基片集成波導(dǎo)--共面波導(dǎo)帶通濾波器，由基片集成波導(dǎo)和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)組成，在基片集成波導(dǎo)上設(shè)有輸入端和輸出端，基片集成波導(dǎo)包括介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片的上、下表面上分別設(shè)有金屬貼片，在介質(zhì)基片上至少還設(shè)有2行金屬化通孔，上、下表面上的金屬貼片由金屬化通孔連接，共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括1個(gè)底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元，且該同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元位于基片集成波導(dǎo)之內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明是將基片集成波導(dǎo)的高通頻選特性和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的帶阻頻選特性緊密的結(jié)合在一起，形成了具有很好頻選特性的寬帶帶通濾波器，相對(duì)帶寬大于50％。在這種濾波器的結(jié)構(gòu)中，基片集成波導(dǎo)和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)緊密的集成在一起，器件尺寸大為縮小。整個(gè)濾波器利用傳統(tǒng)的PCB或LTCC工藝實(shí)現(xiàn)，從而有利于這種濾波器在微波毫米波電路設(shè)計(jì)中的集成；共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的形式對(duì)于整個(gè)濾波器的性能非常重要；通過(guò)增加周期單元的個(gè)數(shù)可以很方便地提高器件的頻選特性。該濾波器可以工作于非常寬的帶寬，同時(shí)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)。具體具有如下優(yōu)點(diǎn)1)整個(gè)濾波器主要由金屬通孔和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)形成，共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)和基片集成波導(dǎo)緊密的集成在一起，該濾波器的尺寸比較小，有利于微波毫米波集成電路的設(shè)計(jì)。整個(gè)結(jié)構(gòu)可以利用傳統(tǒng)的PCB或LTCC工藝可以實(shí)現(xiàn)，滿(mǎn)足微波毫米波立體集成電路的設(shè)計(jì)需要；2)該濾波器具有非常好的頻選特性，具有較低的插入損耗和較高的Q值，這是因?yàn)榛刹▽?dǎo)具有較高的Q值，共面波導(dǎo)具有較小的金屬損耗和很小的輻射損耗；3)該濾波器設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，通過(guò)增加共面波導(dǎo)單元的周期數(shù)，可以極大地提高濾波器的性能。
4)這種濾波器具有很寬的帶寬，能滿(mǎn)足很多寬帶系統(tǒng)的要求。
5)該濾波器可以工作于高頻(大于10GHz)微波電路中，同時(shí)具有較低的損耗。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)后視圖。
圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)A-A剖視圖的局部放大圖。
圖4是對(duì)本發(fā)明的測(cè)試結(jié)果圖，該測(cè)試結(jié)果包含了兩個(gè)SMA接頭的插損。
具體實(shí)施例方式
一種基片集成波導(dǎo)--共面波導(dǎo)帶通濾波器，由基片集成波導(dǎo)和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)組成，在基片集成波導(dǎo)上設(shè)有輸入端2和輸出端3，基片集成波導(dǎo)包括介質(zhì)基片5，在介質(zhì)基片5的上、下表面上分別設(shè)有金屬貼片51、52，在介質(zhì)基片5上至少還設(shè)有2行金屬化通孔1，上、下表面上的金屬貼片51、52由金屬化通孔1連接，共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括1個(gè)底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元4，且該同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元4位于基片集成波導(dǎo)之內(nèi)，上述金屬化通孔可以是2、3、5、8或11行。在本實(shí)施例中，共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括2個(gè)底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元4且排列成行，所采用的底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元4的具體數(shù)量可以是2個(gè)、3個(gè)、5個(gè)或更多個(gè)。對(duì)本發(fā)明的測(cè)試表明該濾波器具有很寬的帶寬，很好的頻率選擇性，較小的插入損耗。測(cè)試對(duì)象是利用PCB技術(shù)實(shí)現(xiàn)了的有11單元超寬帶基片集成波導(dǎo)-共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)帶通濾波器(Wideband SIW-CPW Filter)。該濾波器將基片集成波導(dǎo)和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)緊密地結(jié)合在一起，它的尺寸為4.5×3.0cm2。
本發(fā)明采用如下方法來(lái)進(jìn)行對(duì)基片集成波導(dǎo)和同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元的尺寸的調(diào)節(jié)首先我們根據(jù)矩形波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)之間的關(guān)系來(lái)調(diào)節(jié)構(gòu)成基片集成波導(dǎo)的金屬通孔的直徑和間距λc·fc=C0/μrϵr---(1.1)]]>上式中fc為常用矩形波導(dǎo)中矩形波導(dǎo)的截止頻率，在設(shè)計(jì)中取該濾波器的工作頻率范圍內(nèi)的最低工作頻率，λc為常用矩形波導(dǎo)中矩形波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)，C0為自由空間中光的傳播數(shù)度，μr為矩形波導(dǎo)中介質(zhì)的磁相對(duì)介電常數(shù)，εr為矩形波導(dǎo)中介質(zhì)的電相對(duì)介電常數(shù)，由該式我們可以求得矩形波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)。
λc＝2arec(1.2)arec為對(duì)應(yīng)的矩形波導(dǎo)寬邊長(zhǎng)度，由(1.2)式我們可以求得所需的矩形波導(dǎo)寬邊長(zhǎng)度arec1。
λg=λ1-(λλc)2---(1.3)]]>λ工作在頻率f時(shí)所對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)，λg為工作在頻率f時(shí)矩形波導(dǎo)中的波導(dǎo)波長(zhǎng)，當(dāng)取頻率f為濾波器的最高工作頻率時(shí)，由(1.3)式，我們可以求得所需的矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長(zhǎng)λg1，為了最低限度減小基片集成波導(dǎo)側(cè)壁的泄漏，我們選取金屬通孔之間的間距VSP小于等于八分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)λg1，金屬通孔的直徑大于三十二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)λg1同時(shí)它也小于十六分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)λg1。
在確定了構(gòu)成基片集成波導(dǎo)的金屬通孔的直徑和間距以后，我們根據(jù)以下關(guān)系式來(lái)求得構(gòu)成基片集成波導(dǎo)的兩行金屬通孔之間的間距，亦即基片集成波導(dǎo)的寬度WSIW。
a‾=arecWSIW=ξ1+ξ2VSPD+ξ1+ξ2-ξ3ξ3-ξ1---(1.4)]]>上式中a是歸一化因子，它反映了基片集成波導(dǎo)和矩形波導(dǎo)之間的關(guān)系，arec矩形波導(dǎo)之間的關(guān)系式，ξ1，ξ2，ξ3分別定義如下ξ1=1.0198+0.3465WSIWVSP-1.0684,]]>ξ2=-0.1183-1.2729WSIWVSP-1.2010,]]>ξ3=1.0082-0.9163WSIWVSP+0.2152---(1.5)]]>我們使用電磁全波算法(時(shí)域有限差分算法)對(duì)同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元構(gòu)成的電子帶隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁仿真，從而獲得了電子帶隙結(jié)構(gòu)的阻帶頻率，我們經(jīng)過(guò)電磁全波算法對(duì)電子帶隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使得電子帶隙結(jié)構(gòu)的阻帶頻率和該濾波器的上限工作頻率相等，從而獲得了電子帶隙單元的尺寸。
權(quán)利要求
1.一種基片集成波導(dǎo)--共面波導(dǎo)帶通濾波器，由基片集成波導(dǎo)和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)組成，在基片集成波導(dǎo)上設(shè)有輸入端(2)和輸出端(3)，其特征在于基片集成波導(dǎo)包括介質(zhì)基片(5)，在介質(zhì)基片(5)的上、下表面上分別設(shè)有金屬貼片(51、52)，在介質(zhì)基片(5)上至少還設(shè)有2行金屬化通孔(1)，上、下表面上的金屬貼片(51、52)由金屬化通孔(1)連接，共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括1個(gè)底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元(4)，且該同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元(4)位于基片集成波導(dǎo)之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)--共面波導(dǎo)帶通濾波器，其特征在于共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括2個(gè)底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元(4)且排列成行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基片集成波導(dǎo)——共面波導(dǎo)帶通濾波器，由基片集成波導(dǎo)和共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)組成，在基片集成波導(dǎo)上設(shè)有輸入端和輸出端，基片集成波導(dǎo)包括介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片的上、下表面上分別設(shè)有金屬貼片，在介質(zhì)基片上至少還設(shè)有2行金屬化通孔，上、下表面上的金屬貼片由金屬化通孔連接，共面波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)至少包括1個(gè)底面為金屬貼片的同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元，且該同平面緊湊型共面波導(dǎo)單元位于基片集成波導(dǎo)之內(nèi)，本發(fā)明具有尺寸小，有利于微波毫米波集成電路的設(shè)計(jì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)可用傳統(tǒng)的PCB或LTCC工藝實(shí)現(xiàn)，滿(mǎn)足微波毫米波立體集成電路的設(shè)計(jì)需要；具有非常好的頻選特性，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，具有很寬的帶寬和較低的損耗。
文檔編號(hào)H01P1/201GK1697249SQ20051004033
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者洪偉, 郝張成, 陳繼新, 吳柯 申請(qǐng)人:東南大學(xué)