專利名稱：一種多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于PCB工藝的多層1/4?；刹?導(dǎo)(Quarter-mode Substrate Integrated Waveguide, QMS Iff)濾波器。
背景技術(shù)：
基片集成波導(dǎo)(SubstrateIntegrated Waveguide, SIff)是一種采用 PCB 或 LTCC 工藝在介質(zhì)基板上實現(xiàn)的新型微波毫米波導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，由兩排金屬化通孔、上下兩層金屬面 以及中間的填充介質(zhì)構(gòu)成，其實質(zhì)是一種介質(zhì)填充波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，具有與傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)相似的 傳播特性，傳輸損耗小、Q值高等同時又易于平面集成，可以用來設(shè)計各種高Q值的無源和 有源器件，如利用SIW諧振腔設(shè)計濾波器等。在工作頻率較低時，實際的SIW結(jié)構(gòu)及其功能模塊電路的尺寸還是比較大，影響 了電路的集成度和實際應(yīng)用，為了克服這個缺點，有學(xué)者提出了半?；刹▽?dǎo)(HMSIW) 結(jié)構(gòu)。將半?；刹▽?dǎo)的思想應(yīng)用于SIW諧振腔便可以得到1/4模基片集成波導(dǎo) (QMSIff)諧振腔，將工作在TEltll模式下的SIW諧振腔沿虛擬磁壁一分為四，即可得到QMSIW 諧振腔，體積約為原SIW諧振腔的1/4，此時TEltll模的電場最大值位于QMSIW諧振腔的拐角 處。目前國內(nèi)外SIW諧振腔濾波器設(shè)計主要是基于普通SIW諧振腔和HMSIW諧振腔， 在較低的頻段時，SIff或HMSIW諧振腔濾波器仍有較大的體積。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多層1/4?；刹▽?dǎo) 濾波器，該濾波器采用QMSIW諧振腔可以將體積減小到SIW諧振腔的1/4，同時利用多層設(shè) 計可以將2η個QMSIW諧振腔分布在η層介質(zhì)基板上，而只占用兩個QMSIW諧振腔平面尺寸， 很大程度上減小了濾波器的平面尺寸。本實用新型的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的—種多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器，包括η個介質(zhì)基板、η+1個金屬層、輸入端 口、輸出端口，其中η個介質(zhì)基板與η+1個金屬層交替排列，使得每個介質(zhì)基板位于相鄰兩 個金屬層之間，每個介質(zhì)基板上設(shè)有垂直排列的兩排金屬化通孔，相鄰兩個介質(zhì)基板之間 的金屬層上開有耦合窗口，輸入端口、輸出端口分別位于最外層的一個金屬層的兩端，由η 個介質(zhì)基板、η+1個金屬層和金屬化通孔圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成2η個QMSIW諧振腔，相 鄰介質(zhì)基板之間的兩個諧振腔通過位于諧振腔之間的耦合窗口實現(xiàn)電耦合或磁耦合，同一 介質(zhì)基板的兩個諧振腔之間可以通過將介質(zhì)基板中金屬化通孔去除若干個形成缺損分布 而產(chǎn)生的耦合通道實現(xiàn)磁耦合。在上述多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器中，輸入端口和輸出端口通過微帶線分別 與最鄰近的介質(zhì)基板上的兩個諧振腔實現(xiàn)耦合，并通過調(diào)整微帶線與所述兩個諧振腔的耦 合位置調(diào)節(jié)輸入輸出諧振腔的有效Q值。[0009]在上述多層1/4模基片集成波導(dǎo)濾波器中，耦合窗口的位置實現(xiàn)電耦合或磁耦 合，根據(jù)耦合窗口的大小不同調(diào)整耦合量的大小。在上述多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器中，各層金屬層及介質(zhì)基板均可以根據(jù)設(shè) 計需要確定其尺寸，其中靠近連接有輸入端和輸出端的最外層金屬層的第一層介質(zhì)基板d 及其底面金屬層b向兩端延伸以支持輸入端和輸出端的微帶線，其橫向尺寸大于繼續(xù)依次 向下排列的其余金屬層和介質(zhì)基板。在上述多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器中，當(dāng)同一介質(zhì)基板的兩個諧振腔之間通 過耦合通道實現(xiàn)磁耦合時，耦合量的大小由耦合通道的尺寸決定。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果(1)本實用新型濾波器由于采用QMSIW諧振腔，可以將濾波器的體積減小到普通 SIff諧振腔濾波器的1/4 ；(2)本實用新型濾波器采用多層設(shè)計將2η個QMSIW諧振腔分布在η層介質(zhì)基板 上，而只占用兩個QMSIW諧振腔平面尺寸，且不會因為濾波器階數(shù)的增加而增大平面尺寸， 在很大程度上減小了濾波器的平面尺寸；(3)本實用新型濾波器結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低、容易與其它電路集成設(shè)計，并且可 以通過耦合窗口或耦合通道調(diào)節(jié)耦合量的大小，具有很強的實用性。

圖1為本實用新型多層QMSIW濾波器實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為采用本實用新型結(jié)構(gòu)的多層QMSIW濾波器實施例的拓?fù)鋱D；圖3為采用本實用新型結(jié)構(gòu)的多層QMSIW濾波器實施例的S參數(shù)仿真結(jié)果。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述本實用新型濾波器的原理如下由于SIW工作于主模式TEltl時電場的最大值在沿著傳播方向的垂直中心面上，因 此該中心平面可認(rèn)為是一個等效的磁壁，可沿著該垂直中心面(虛擬的磁壁)將SIW切成 兩半，每一半均是一個半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，由于其寬高比大，沿對稱面切開后的開口面 上輻射非常微弱，接近理想磁壁，因此在半個開放式結(jié)構(gòu)中能支持該半模電磁場模式，保留 了原有的電磁場分布。在實際電路中并不需要有一個實際的磁壁，而且只要介質(zhì)基片從橫 截面往外延伸一點以束縛少量的輻射能量即可。將此方法應(yīng)用于SIW諧振腔便可以得到 1/4模基片集成波導(dǎo)(QMSIW)諧振腔，將工作在TEltll模式下的SIW諧振腔沿虛擬磁壁一分 為四，即可得到QMSIW諧振腔，體積約為原SIW諧振腔的1/4。將多個QMSIW諧振腔按兩列 分層分布，同層的諧振腔之間可通過金屬化通孔形成的耦合窗耦合，相鄰層的諧振腔之間 可通過在中間金屬層上開槽耦合，輸入輸出端口可與最上層的諧振腔之間耦合，易于實現(xiàn) 各種形式的濾波器。下面以包含兩個介質(zhì)基板3、三個金屬層4、形成四個諧振腔的濾波器為例對本實 用新型作詳細(xì)的描述如圖1所示為本實用新型多層QMSIW濾波器實施例結(jié)構(gòu)示意圖，該圖下方為濾波器結(jié)構(gòu)圖，上方為濾波器的結(jié)構(gòu)分解圖，濾波器由若干金屬層和若干介質(zhì)基板緊密結(jié)合形 成。由圖可知該濾波器包括輸入端口 1、輸出端口 2、兩個介質(zhì)基板3 (d、e)、三個金屬層4 (a、 b、c)、互相垂直的兩排金屬化通孔5、耦合窗口 6和耦合通道7，由兩層介質(zhì)基板3、三層金 屬層4以及金屬化通孔5所圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成四個QMSIW諧振腔8、9、10、11 (圖中 虛線圈只是一個示意，并不是對諧振腔范圍的限定)，輸入端口 1與輸出端口 2分別位于金 屬板a的兩端，分別通過50 Ω微帶線直接與QMSIW諧振腔8和9耦合，通過調(diào)整微帶線與 諧振腔的耦合位置調(diào)節(jié)輸入輸出諧振腔的有載Q值。為了使濾波器便于連接使用，最上層 的介質(zhì)基板d及其底面金屬層b應(yīng)向兩端延伸以支持輸入端口 1和輸出端口 2的微帶線， 因此介質(zhì)基板d和金屬層b的橫向尺寸大于介質(zhì)基板e和金屬層C。介質(zhì)基板d與介質(zhì)基板e之間的金屬層b上通過開槽形成兩個耦合窗口 6，諧振腔 8和10之間，9和11之間均通過耦合窗口 6實現(xiàn)耦合，根據(jù)耦合窗口 6位置的不同進行電 耦合或者磁耦合，根據(jù)耦合窗口 6的大小不同調(diào)整耦合量的大小。介質(zhì)基板d上的兩個諧 振腔8和9之間縱向排列的金屬化通孔5，在諧振腔8和諧振腔9之間將二者完全隔開，使 得諧振腔8和9之間沒有耦合發(fā)生，介質(zhì)基板e上的兩個諧振腔10和11之間同樣有縱向 排列的金屬化通孔5，但在末端去除若干個金屬化通孔形成缺損分布，使得諧振腔10和11 并沒有被完全隔開，在沒有金屬化通孔5的地方形成耦合通道7，諧振腔10和11之間通過 耦合通道7實現(xiàn)磁耦合，耦合量的大小由耦合通道7的尺寸決定。同一介質(zhì)基板上的兩個 諧振腔之間可以通過開設(shè)金屬化通孔5的長度決定是否實現(xiàn)耦合，即通過是否形成耦合通 道7來決定是否實現(xiàn)諧振腔之間的耦合。利用圖1所示的濾波器，設(shè)計一個4階切比雪夫函數(shù)響應(yīng)的QMSIW濾波器，濾波器 拓?fù)湟妶D2。選擇介電常數(shù)為2. 2，厚度為0.254mm的Rogers 5880介質(zhì)基板，優(yōu)化各設(shè)計 參數(shù)，得到C頻段多層QMSIW濾波器仿真結(jié)果如圖3所示，圖3為采用本實用新型結(jié)構(gòu)的多 層QMSIW濾波器實施例的S參數(shù)仿真結(jié)果，由圖3可知，中心頻率為5. 8GHz，帶寬700MHz， 帶內(nèi)插損小于3dB，帶內(nèi)S11 < -20dB，偏離中心頻率IGHz處帶外抑制大于33dB，濾波器體 禾只為 30mmX 16mmX0. 51mm。本實用新型說明書未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求1.一種多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于包括η個介質(zhì)基板C3)、η+1個 金屬層G)、輸入端口(1)、輸出端口 O)，其中η個介質(zhì)基板(3)與η+1個金屬層(4)交替 排列，使得每個介質(zhì)基板C3)位于相鄰兩個金屬層(4)之間，每個介質(zhì)基板C3)上設(shè)有垂 直排列的兩排金屬化通孔(5)，相鄰兩個介質(zhì)基板(3)之間的金屬層⑷上開有耦合窗口 (6)，輸入端口(1)、輸出端口( 分別位于最外層的一個金屬層的兩端，由所述η個介質(zhì)基 板(3)、η+1個金屬層(4)和金屬化通孔(5)圍成的半開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)成2η個QMSIW諧振腔， 相鄰介質(zhì)基板( 之間的兩個諧振腔通過位于諧振腔之間的耦合窗口(6)實現(xiàn)電耦合或磁 耦合，同一介質(zhì)基板(3)的兩個諧振腔之間可以通過將所述介質(zhì)基板(3)中的金屬化通孔 (5)去除若干個形成缺損分布而產(chǎn)生的耦合通道(7)實現(xiàn)磁耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于所述輸 入端口(1)和輸出端口( 通過微帶線分別與最鄰近的介質(zhì)基板C3)上的兩個諧振腔實現(xiàn) 耦合，并通過調(diào)整微帶線與所述兩個諧振腔的耦合位置調(diào)節(jié)輸入輸出諧振腔的有效Q值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層1/4?；刹▽?dǎo)濾波器，其特征在于靠近連 接有輸入端和輸出端的最外層金屬層的第一層介質(zhì)基板(d)及其底面金屬層(b)向兩端延 伸以支持輸入端⑴和輸出端⑵的微帶線。
專利摘要本實用新型涉及一種多層1/4模基片集成波導(dǎo)濾波器，該濾波器由n層介質(zhì)基板、n+1層金屬層以及金屬化通孔構(gòu)成2n個QMSIW諧振腔，同一層的QMSIW諧振腔之間通過金屬化通孔的缺損分布形成耦合通道實現(xiàn)耦合，不同層的QMSIW諧振腔之間通過層間的金屬層開槽實現(xiàn)耦合，輸入、輸出端口通過微帶線直接與QMSIW諧振腔耦合，該濾波器采用QMSIW諧振腔可以將體積減小到SIW諧振腔的1/4，同時利用多層設(shè)計可以將2n個QMSIW諧振腔分布在n層介質(zhì)基板上，而只占用兩個QMSIW諧振腔平面尺寸，很大程度上減小了濾波器的平面尺寸，且濾波器結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低、具有很強的實用性。
文檔編號H01P1/208GK201898182SQ201020593018
公開日2011年7月13日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者朱忠博, 王穎, 董亞洲, 董士偉 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所