專利名稱：基于折疊基片集成波導帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于一種微波毫米波混合集成電路和毫米波集成電路中的濾波器。
背景技術(shù)：
微波濾波器是通信系統(tǒng)中的重要的器件，在通帶范圍內(nèi)它能使微波信號傳輸，而 在阻帶范圍內(nèi)它阻止微波信號的傳輸。傳統(tǒng)帶通濾波器的設計運用矩形波導或者微帶線
并借助于等效電路的理論。傳統(tǒng)的矩形波導具有損耗小，功率容量大，Q值高等優(yōu)點， 但體積大，難以與平面電路集成，而現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展則對小型化，集成化具有相當高的
要求；近年來有學者提出的襯底集成波導是一種類似矩形波導的導波結(jié)構(gòu)，通過加工在 微帶襯底上的兩排金屬柱，把矩形波導制作到微帶襯底上。這種新型傳輸線融合了矩形 波導和微帶線的優(yōu)點，具有損耗小、承受功率容量大、Q值高等優(yōu)點的同時，還易于與 平面電路集成。隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)中微波器件越來越趨向小型化，基于襯底集成波導的 微波器件所占的面積仍然較大，為此，有學者在襯底集成波導的基礎上提出了一種新型 的導波結(jié)構(gòu)一折疊基片集成波導，文獻1 "Analysis and Experiments of Compact Folded Substrate-Integrated Waveguide" , IEEE Trans. On Microwave and Techniques, 1(2008), pp.88-93介紹了折疊基片集成矩形波導的傳輸特性，新型的折疊基片集成矩形波導經(jīng)由 襯底集成波導結(jié)構(gòu)中間橫向折疊而來，折疊后高度變?yōu)樵r底集成波導高度的兩倍，寬 度為原襯底集成波導的一半左右，原襯底集成波導的上表面折疊后經(jīng)層壓在中間形成金 屬面；文獻2 "Half Mode Substrate Integrated waveguide (HMSIW) Bandpass Filter", 正EE Microwave Wireless Compon. Lett., 4 (2007), pp.265-267介紹了半模襯底集成波導 窄槽帶通濾波器。隨著PCB和LTCC技術(shù)的發(fā)展，這種折疊基片集成波導將具有廣闊 的應用前景。
實用新型內(nèi)容
本實用新型提供一種基于折疊基片集成波導帶通濾波器，該濾波器設計簡單、阻帶 寬，具有很好的諧波抑制能力，而且電路設計在中間金屬面上，所以該帶通濾波器還具 有強的抗電磁干擾性能。
實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案為 一種折疊基片集成波導帶通濾波器，包括兩塊介質(zhì) 基板，介質(zhì)基板疊加在一起，在該兩塊介質(zhì)基板之間設置中間金屬層，上下金屬層分別 覆蓋在介質(zhì)基板表面；在該兩塊介質(zhì)基板上設置兩排金屬柱，該兩排金屬柱穿過介質(zhì)基
板，上述結(jié)構(gòu)形成折疊基片集成波導，所述的兩排金屬柱形成折疊基片集成波導壁，在所述的中間金屬層上蝕刻出一個或一個以上的窄槽；在兩排金屬柱之間的中間金屬層上 分別設置輸入端口和輸出端口。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于(1)以折疊基片集成波導為平臺進 行濾波器的設計，設計出的濾波器具有小體積，輕重量，低剖面，較高的Q值。它的橫 向尺寸幾乎是波導的一半，結(jié)構(gòu)更為緊湊。(2)中間金屬層提供了更多的電路設計空間, 集成度更高，由于是電路是設計在中間金屬面上，所以也提供了更好的抗電磁干擾能力。 (3)其平面結(jié)構(gòu)易于和其他平面電路或系統(tǒng)連接，通過簡單的錐形結(jié)構(gòu)就可實現(xiàn)和帶狀 線、微帶或共面波導饋線的連接。(4)其通帶內(nèi)，回波損耗低于20dB,兩輸出端口的插 入損耗低于1.5dB,由于兩相鄰槽之間形成的諧振器是四分之一相位波長，所以第一個寄 生通帶出現(xiàn)在三倍中心頻率的頻點上，使得該濾波器的上阻帶寬達8GHz，具有強的諧 波抑制能力。(5)結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，成本低。鑒于該濾波器設計比較簡單，阻帶寬, 具有很好的諧波抑制能力以及強的抗電磁干擾性能，所以這種設計方案有望在高隔離、 高抗電磁干擾、高性能、高功率容量的電路和集成電路中獲得廣泛的應用。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1是本實用新型折疊基片集成波導帶通濾波器中間層的平面俯視圖。 圖2是本實用新型折疊基片集成波導帶通濾波器的側(cè)視圖。
圖3是本實用新型折疊基片集成波導帶通濾波器饋電端微帶線到帶狀線的過渡結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
結(jié)合圖1和圖2，本實用新型折疊基片集成波導帶通濾波器，包括兩塊介質(zhì)基板1、 2，介質(zhì)基板l、 2疊加在一起，在該兩塊介質(zhì)基板l、 2之間設置中間金屬層3，上下金 屬層4、 5分別覆蓋在介質(zhì)基板2、 1表面；在該兩塊介質(zhì)基板1、 2上設置兩排金屬柱6、 7，該兩排金屬柱6、 7穿過介質(zhì)基板1、 2，上述結(jié)構(gòu)形成折疊基片集成波導，所述的兩 排金屬柱6、 7形成折疊基片集成波導壁，在所述的中間金屬層3上蝕刻出一個或一個 以上的窄槽；在兩排金屬柱6、 7之間的中間金屬層3上分別設置輸入端口 8和輸出端 口9。饋電端采用帶狀線IO、 11與折疊基片集成波導連接；為了便于與同軸接頭連接， 采用微帶12、 13到帶狀線10、 ll過渡。
其中，介質(zhì)基板l、 2的厚度可以為0.32義 0.49義，介電常數(shù)范圍可以為2 15。兩 排金屬柱6、 7的金屬柱的直徑小于0.2義g，相鄰兩金屬柱之間的間距不大于金屬柱直徑的兩倍。兩排金屬柱6、 7之間的間距a依據(jù)不同的介質(zhì)基板、工作頻段而有所變化， a的范圍為0.25zl 0.5;i 。介電常數(shù)為2.65的介質(zhì)基板1、 2的厚度為0.8mm， 50歐姆 微帶線12、 13寬度Wm為2.2mm，長度Lm為lmm。 50歐姆微帶線12、 13到帶狀線 10、 11的錐形變換長度Lt為1.2mm;帶狀線10、 11的寬度Ws為L14mm,長度Ls為 3mm。在中間金屬層3上蝕刻窄槽，窄槽的個數(shù)為1~5，窄槽的長度范圍為0.2義 0.3義， 窄槽的寬度視不同的情況而定，相鄰窄槽之間的距離范圍為0.2義 0.3A。
實施例。結(jié)合圖1、圖2，本實用新型折疊基片集成波導窄槽帶通濾波器，包括介 質(zhì)基板1、 2，該介質(zhì)基板1、 2的厚度為0.8mm ，介電常數(shù)為2.65。在介質(zhì)基板1、 2 上設置兩排金屬柱6、7，并形成折疊基片集成波導壁。相鄰兩金屬柱之間的間距為1.2mm (這兩排金屬柱直徑小于0.2義g ，相鄰兩金屬柱之間的間距不大于金屬柱直徑的兩倍)； 兩排金屬柱之間的間距a為10mm，折疊基片集成波導長28mm; 50歐姆微帶12、 13 線寬為2.2mm。微帶到帶狀線的錐形變換的寬邊Wm為2.2mm,長度Lt為1.2mm。帶 狀線的寬度Ws是1.14mm，長度Ls是3mm。輸入端口和輸出端口之間的距離為38.4mm。 第一窄槽15的寬度為0.6mm，長度為6mm，第二、三窄槽16、 17的寬度為0.4mm， 長度為5.5mm。第一窄槽15與第二窄槽16之間的距離是6mm，第一窄槽15與第三窄 槽17間的距離也是6mm。金屬柱之間的距離14是0.74mm (中間金屬層3到折疊區(qū)域 的金屬柱之間的距離應該在金屬柱半徑0.3mm和介質(zhì)板厚度0.8mm)。
用矢量網(wǎng)絡分析儀HP8510C測試的結(jié)果表明本實用新型提出的折疊基片集成矩 形波導窄槽帶通濾波器在其通帶內(nèi)，回波損耗低于20dB,兩輸出端口的插入損耗低于 1.5dB,中心頻率5.65GHz，通帶帶寬為15%，上阻帶帶寬達8GHz，總體積(含微帶轉(zhuǎn) 換)為38.4mmX26mmXl.6mm。
根據(jù)帶通通帶的上邊頻率，確定窄槽的相關尺寸。窄槽有兩個參量槽的寬度和槽 的長度。槽的寬度控制相鄰諧振器(兩個相鄰槽之間部分形成一個諧振器)之間的耦合 槽，槽的長度決定帶通濾波器的中心頻率。帶通濾波器的實現(xiàn)帶通濾波器=高通濾波 器+帶阻濾波器。由折疊基片集成波導決定高通濾波器；槽的長度決定帶阻濾波器的諧 振頻率。本實用新型是為適應微波毫米波混合集成電路與毫米波集成電路的應用而設計 的，因而濾波器饋電端特別設計了到帶狀線的轉(zhuǎn)換，以便更好地和其他微波毫米波混合 集成電路或者毫米波集成電路相連接。帶狀線變換和折疊基片集成波導設計在同一介質(zhì) 襯底板上，成為一個整體結(jié)構(gòu)，無需額外的組裝以及調(diào)試附件，因此非常適合集成化以 及批量生產(chǎn)的要求。
權(quán)利要求1、 一種折疊基片集成波導帶通濾波器，包括兩塊介質(zhì)基板[l、 2]，其特征在于介質(zhì)基板[l、 2]疊加在一起，在該兩塊介質(zhì)基板[l、 2]之間設置中間金屬層[3]，上下金屬層 [4、 5]分別覆蓋在介質(zhì)基板[2、 l]表面；在該兩塊介質(zhì)基板[l、 2]上設置兩排金屬柱[6、 7]，該兩排金屬柱[6、 7]穿過介質(zhì)基板[1、 2]，上述結(jié)構(gòu)形成折疊基片集成波導，所述的 兩排金屬柱[6、 7]形成折疊基片集成波導壁，在所述的中間金屬層[3]上蝕刻出一個或一 個以上的窄槽；在兩排金屬柱[6、 7]之間的中間金屬層[3]上分別設置輸入端口[8]和輸出 端口[9]。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于饋電端采 用帶狀線[IO、 ll]與折疊基片集成波導連接；為了便于與同軸接頭連接，采用微帶[12、 13]到帶狀線[10、 ll]過渡。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于介質(zhì)基板 [1、 2]的厚度為0.32義 0.49義，介電常數(shù)范圍為2 15。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于兩排金屬 柱[6、 7]的金屬柱的直徑小于0.2義g，相鄰兩金屬柱之間的間距不大于金屬柱直徑的兩 倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于兩排金屬 柱[6、 7]之間的間距a的范圍為0.25/L 0.5義。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于介電常數(shù) 為2.65的介質(zhì)基板[l、 2]的厚度為0.8mm， 50歐姆微帶線[12、 13]寬度Wm為2.2mm， 長度Lm為lmm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于50歐姆微 帶線[12、 13]到帶狀線[10、 ll]的錐形變換長度Lt為1.2mm;帶狀線[10、 ll]的寬度Ws 為1.14mm，長度Ls為3mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊基片集成波導帶通濾波器，其特征在于在中間金屬層[3]上蝕刻窄槽，窄槽的個數(shù)為1 5，窄槽的長度范圍為0.2/L 0.3義，窄槽的寬度視 不同的情況而定，相鄰窄槽之間的距離范圍為0.2/L 0.3;i。
專利摘要本實用新型公開了一種折疊基片集成波導窄槽帶通濾波器。它在兩層層疊的介質(zhì)基板上設置兩排金屬柱，中間夾了一層金屬面構(gòu)成了折疊基片集成波導，在該折疊基片集成波導中間金屬面上表面蝕刻出窄槽結(jié)構(gòu)。通過合理設計窄槽尺寸，實現(xiàn)帶通濾波性能；為了實現(xiàn)與帶狀線之間過渡，設計增加了由折疊基片集成波導到帶狀線的錐形過渡結(jié)構(gòu)。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、良好的諧波抑制能力以及強的抗電磁干擾性能，易于和其他的平面微波毫米波電路集成的顯著等優(yōu)點。
文檔編號H01P1/20GK201156573SQ20082003105
公開日2008年11月26日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者朱忠博, 超 李, 李翠霞, 磊 汪, 超 王, 董士偉, 車文荃, 偉 馬 申請人:南京理工大學