一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，由第一雙面微波介質(zhì)基片和第二雙面微波介質(zhì)基片經(jīng)半固化片粘合而成，第一雙面微波介質(zhì)基片中打入金屬化通孔，形成第一諧振腔，第一諧振腔通過兩條關(guān)于諧振腔中心對稱的第一微帶饋電線進(jìn)行差分饋電；第二雙面微波介質(zhì)基片中同樣打入金屬化通孔，形成第二諧振腔，第二諧振腔通過兩條關(guān)于諧振腔中心對稱的第二微帶饋電線進(jìn)行差分饋電；兩個諧振腔通過第一雙面微波介質(zhì)基片下表面上的一對耦合空槽與第二雙面微波介質(zhì)基片上表面的一對耦合空槽級聯(lián)。在通帶兩側(cè)分別產(chǎn)生一個帶外零點，差模帶外抑制性能以及共模抑制性能好。
【專利說明】一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]對于組建一個高傳輸速率無線通信系統(tǒng)來說，差分電路顯得十分重要。在通信系統(tǒng)中，相比于單端電路，差分電路對于環(huán)境噪聲有著更好的免疫性，
[0003]因此對于差分系統(tǒng)來說，差分濾波器的設(shè)計顯得十分必要。
[0004]在以往的基片集成波導(dǎo)差分濾波器設(shè)計當(dāng)中，往往只注意對共模信號進(jìn)行抑制，對差模帶外抑制性能考慮較少，導(dǎo)致以往的基片集成波導(dǎo)差分濾波器的差模帶外抑制性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，擁有新型多層耦合結(jié)構(gòu)，能獨(dú)立在帶通濾波器的通帶兩側(cè)各產(chǎn)生一個零點，并具有較好的共模抑制性能以及差模帶外抑制性能。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，包括第一雙面微波介質(zhì)基片、半固化片以及第二雙面微波介質(zhì)基片；所述第一雙面微波介質(zhì)基片中包括金屬化通孔，所述第一雙面微波介質(zhì)基片的上層設(shè)置有第一金屬層以及與所述第一金屬層連接的兩條第一微帶饋電線，所述第一雙面微波介質(zhì)基片的下層設(shè)置有第二金屬層，所述第二金屬層上設(shè)置有耦合空槽，所述第一金屬層、所述第二金屬層以及所述第一雙面微波介質(zhì)基片中金屬化通孔形成的側(cè)壁構(gòu)成所述第一諧振腔；所述第二雙面微波介質(zhì)基片中包括金屬化通孔，所述第二雙面微波介質(zhì)基片的上層設(shè)置有第三金屬層，所述第三金屬層上設(shè)置有耦合空槽，所述第二雙面微波介質(zhì)基片的下層設(shè)置有第四金屬層以及與所述第四金屬層連接的兩條第二微帶饋電線，所述第三金屬層、所述第四金屬層以及所述第二雙面微波介質(zhì)基片中的金屬化通孔形成的側(cè)壁構(gòu)成所述第二諧振腔；所述第一雙面微波介質(zhì)基片和所述第二雙面微波介質(zhì)基片層疊設(shè)置，并通過所述半固化片粘合所述第二金屬層和所述第三金屬層，所述第一諧振腔和所述第二諧振腔通過所述第二金屬層上的耦合空槽以及所述第三金屬層上的耦合空槽級聯(lián)。
[0007]優(yōu)選地，所述第一諧振腔和所述第二諧振腔均為矩形諧振腔。
[0008]優(yōu)選地，兩條第一微帶饋電線在第一金屬層上饋電點的位置關(guān)于所述第一諧振腔中心對稱；兩條第二微帶饋電線在第三金屬層上饋電點上的位置關(guān)于所述第二諧振腔中心對稱。
[0009]優(yōu)選地，所述第一金屬層的邊緣開設(shè)有兩個用于分別接入兩條第一微帶饋電線的饋電連接口 ；所述第三金屬層的邊緣開設(shè)有兩個用于分別接入兩條第二微帶饋電線的饋電連接口。
[0010]優(yōu)選地，所述第二金屬層上設(shè)置有兩個耦合空槽，所述第二金屬層上的兩個耦合空槽關(guān)于所述第一諧振腔中心對稱；所述第三金屬層上設(shè)置有兩個耦合空槽，所述第三金屬層上的兩個耦合空槽關(guān)于所述第二諧振腔中心對稱。
[0011]優(yōu)選地，所述第二金屬層上的兩個耦合空槽和所述第三金屬層上的兩個耦合空槽相對設(shè)置，且形狀以及大小相同。
[0012]優(yōu)選地，所述第一雙面微波介質(zhì)基片和第二雙面微波介質(zhì)基片具有相同的介電常數(shù)和厚度。
[0013]實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，通過關(guān)于第一諧振腔中心對稱的一對第一微帶饋電線對第一諧振腔進(jìn)行饋電，在第一諧振腔內(nèi)同時激勵起兩個諧振模式，在帶外一側(cè)產(chǎn)生一個帶外零點；通過關(guān)于第二諧振腔中心對稱的一對第二微帶饋電線對第二諧振腔進(jìn)行饋電，在第二諧振腔內(nèi)同時激勵起兩個諧振模式，在帶外另一側(cè)產(chǎn)生另一個帶外零點；再通過將第一諧振腔和第二諧振腔級聯(lián)，從而在通帶兩側(cè)分別產(chǎn)生一個帶外零點；并且，差模帶外抑制性能好；再者通過調(diào)整耦合空槽的位置與大小，可以實現(xiàn)較高的共模抑制性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例的頂部示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例的側(cè)面示意圖；
[0017]圖3A是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中第一層電路圖；
[0018]圖3B是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中第二層電路圖；
[0019]圖3C是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中第三層電路圖；
[0020]圖3D是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中第四層電路圖；
[0021]圖4A是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中諧振腔諧振于頻率fl時的場分布情況示意圖；
[0022]圖4B是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中諧振腔諧振于頻率f2時的場分布情況示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中諧振腔使用差分端口激勵時的等效設(shè)置示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例中諧振腔的頻率響應(yīng)曲線；
[0025]圖7是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例的耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0026]圖8是本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例的頻率響應(yīng)曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說明。
[0028]參見圖1和圖2，在本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器的第一實施例中，基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器采用矩形基片集成波導(dǎo)腔體，腔體工作于雙模模式下，使用兩層介質(zhì)基片和一層半固化片。
[0029]具體地，基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器包括第一雙面微波介質(zhì)基片1、半固化片2以及第二雙面微波介質(zhì)基片3，第一雙面微波介質(zhì)基片I和第二雙面微波介質(zhì)基片3層疊設(shè)置，通過半固化片2粘合連接，第一雙面微波介質(zhì)基片I和第二雙面微波介質(zhì)基片3具有相同的介電常數(shù)和厚度。
[0030]在本實施例中,第一雙面微波介質(zhì)基片I為矩形，其上層設(shè)有第一金屬層6以及與第一金屬層6連接兩條第一微帶饋電線11構(gòu)成的第一層電路。第一雙面微波介質(zhì)基片I的下層設(shè)置有第二金屬層7，為第二層電路，包含有兩個用于內(nèi)部耦合的耦合空槽12。第一雙面微波介質(zhì)基片I中沿著第一金屬層6的邊緣打入金屬化通孔。第一金屬層6、第一雙面微波介質(zhì)基片I的金屬化通孔形成的側(cè)壁、以及第二金屬層7圍成的矩形腔體構(gòu)成了第一諧振腔4,第一諧振腔4為雙模諧振腔。即第一金屬層6為第一諧振腔4的上表面,第一雙面微波介質(zhì)基片I中的金屬化通孔圍成了第一諧振腔4的側(cè)壁，第二金屬層7為第一諧振腔4的下表面。兩條第一微帶饋電線11用于向第一諧振腔4饋電。
[0031]參見圖3A，在本實施例中，在矩形的第一金屬層6的兩條對邊上各開設(shè)一個饋電連接口，兩個饋電連接口的位置關(guān)于第一諧振腔4中心對稱。兩條第一微帶饋電線11分別連接于兩個饋電連接口內(nèi)。
[0032]參見圖3B，在第二層電路中(示出的金屬化通孔不在該層電路上，示出金屬化通孔僅用于表示耦合空槽12和矩形諧振腔的相對位置關(guān)系)，兩個耦合空槽12關(guān)于第一諧振腔4中心對稱。
[0033]在本實施例中，第二雙面微波介質(zhì)基片3為矩形，其上層設(shè)置有第三金屬層8，為第三層電路，包含有兩個用于內(nèi)部耦合的耦合空槽13。在第二雙面微波介質(zhì)基片3的下層設(shè)有第四金屬層9以及與第四金屬層9連接的兩條第二微帶饋電線10構(gòu)成的第四層電路。第二雙面微波介質(zhì)基片3中沿著第四金屬層9的邊緣打入金屬化通孔。第三金屬層8、第四金屬層9以及第二雙面微波介質(zhì)基片3中的金屬化通孔形成的側(cè)壁構(gòu)成矩形的第二諧振腔5，第三金屬層8為第二諧振腔5的上表面，第四金屬層9為第二諧振腔5的下表面。兩條第二微帶饋電線10用于向第二諧振腔5饋電。
[0034]參見圖3C，在第三層電路中(示出的金屬化通孔不在該層電路上，示出金屬化通孔僅用于表示耦合空槽13和矩形諧振腔的相對位置關(guān)系)，兩個耦合空槽13關(guān)于第二諧振腔5中心對稱。兩個耦合空槽12和兩個耦合空槽13的形狀和大小相同。
[0035]在本實施例中，半固化片2通過粘合第二金屬層7和第三金屬層8，將第一雙面微波介質(zhì)基片I和第二雙面微波介質(zhì)基片3粘合。粘合之后，第二金屬層7上的兩個耦合空槽12和第三金屬層8上的兩個耦合空槽13位置相對。第一諧振腔4和第二諧振腔5通過第二金屬層7上的耦合空槽12以及第三金屬層8上的耦合空槽13級聯(lián)。耦合空槽12、13一方面用以控制兩個諧振腔的內(nèi)部耦合系數(shù)，另一方面用于提高該濾波器對共模的抑制，諧振腔的大小用以控制通帶的中心頻率。
[0036]參見圖3D，在第四層電路中，第四金屬層9為矩形，其兩條對邊上各開設(shè)一個饋電連接口，兩個饋電連接口的位置關(guān)于第二諧振腔5中心對稱。兩條第二微帶饋電線10分別連接于兩個饋電連接口內(nèi)，兩條第二微帶饋電線10在第四金屬層9上饋電點的位置關(guān)于第二諧振腔5中心對稱。
[0037]在本實施例中，雙模諧振腔工作時的場分布如圖4A (工作模式為TEltl2,諧振頻率Π)和圖4B (工作模式為TE2tll,諧振頻率f2，f2與fl不相等但接近)所示，可以看到，雙模諧振腔在兩個工作模式TEltl2與TE2tll下，場的分布均關(guān)于諧振腔的中心對稱。因此，利用如圖5的差分端口設(shè)置方法對諧振腔進(jìn)行饋電，可以使雙模諧振腔的這兩個諧振模式均得到激勵，圖5中所示的Pl和Ρ1'相當(dāng)于第一微帶饋電線11，P2和P2’相當(dāng)于第二微帶饋線10，即設(shè)置Pl和Ρ1'、P2和P2’關(guān)于雙模諧振腔中心對稱，這樣差分端口設(shè)置方法對諧振腔進(jìn)行饋電，可以使雙模諧振腔的這兩個諧振模式均得到激勵。該諧振腔在利用如圖5所示的饋電方法激勵后，得到響應(yīng)如圖6所示。為了便于觀察諧振點及傳輸零點的分布情況，圖6所示的響應(yīng)曲線，均是在諧振腔的長度L=23.75mm時，對應(yīng)諧振腔的不同寬度W在弱端口耦合情況下得到的結(jié)果(圖1、圖3A和圖3D所示的強(qiáng)耦合情況同理)。可以看到，當(dāng)諧振腔的寬度W大于長度L時，在比兩個諧振點更低的頻率處,會產(chǎn)生一個傳輸零點；相對應(yīng)的，當(dāng)諧振腔的寬度W小于長度L時，在比兩個諧振點更高的頻率處,也會產(chǎn)生一個傳輸零點；而當(dāng)諧振腔的寬度W與長度L相等時，雖然也會產(chǎn)生一個零點，但是很不明顯。以上的分析表明，利用兩個按照圖5所示的差分端口激勵的諧振腔級聯(lián)，并且按照分析的諧振腔長度、寬度與傳輸零點之間的關(guān)系合理設(shè)置諧振腔的長度與寬度，就可以設(shè)計出差分饋電下的、在通帶兩側(cè)各有一個零點的差分濾波器。
[0038]在一個示例中，在中心頻率IOGHz處實現(xiàn)的本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，利用標(biāo)準(zhǔn)的多層印刷電路板工藝制作，并測試了其整體性能。第一雙面微波介質(zhì)基片I和第二雙面微波介質(zhì)基片3選用Rogers Duroid5880，其介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508mm,半固化片選用Rogers4450B，其介電常數(shù)為3.54，厚度為0.1mm。圖3A-圖3D為基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器的分層視圖，其中各幾何參數(shù)分別取值如下，單位
[0039]wl=l.55, w2=2.35, w3=6.33, w4=4.66, w5=3.37, w6=23.2, w7=22.4, w8=3.83,Ll=0.2，12=21.4，13=22, 14=22.9。金屬化通孔直徑均為 0.6mm。
[0040]圖7為本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例的耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，MS表示諧振腔與源，ML表示諧振腔與負(fù)載。使用4端口的安捷倫(Agilent)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀N5232A對具有上述幾何參數(shù)的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器進(jìn)行測試，測試結(jié)果和仿真結(jié)果的對比如圖8所示，測試本發(fā)明基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器第一實施例的結(jié)果表明:基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器的最小插入損耗(已經(jīng)扣除接頭損耗等的影響)為1.52dB，3dB帶寬為9.89GHz-10.1GHz，帶寬為210MHz。若阻帶定義為S21〈_30dB，則上邊帶從_3dB過渡到-30dB的過渡帶為120MHz，下邊帶從_3dB過渡到_30dB的過渡帶為160MHz，顯示出優(yōu)良的帶外抑制性能。同時，基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器的帶內(nèi)共模抑制均在-45dB以下。
[0041]在本發(fā)明的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器的第一實施例中，通過關(guān)于諧振腔中心對稱的一對饋電線對雙模諧振腔進(jìn)行饋電，在一個諧振腔內(nèi)同時激勵起兩個諧振模式，在帶外一側(cè)產(chǎn)生一個帶外零點。再通過級聯(lián)兩個同樣的雙模諧振腔，從而在通帶兩側(cè)分別產(chǎn)生一個帶外零點。另外，可以通過調(diào)整耦合空槽的位置與大小，來實現(xiàn)較高的共模抑制性倉泛。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，其特征在于，包括第一雙面微波介質(zhì)基片(I)、半固化片(2)以及第二雙面微波介質(zhì)基片(3);所述第一雙面微波介質(zhì)基片(I)中包括金屬化通孔，所述第一雙面微波介質(zhì)基片(I)的上層設(shè)置有第一金屬層(6)以及與所述第一金屬層(6)連接的兩條第一微帶饋電線(11 )，所述第一雙面微波介質(zhì)基片(I)的下層設(shè)置有第二金屬層(7)，所述第二金屬層(7)上設(shè)置有耦合空槽，所述第一金屬層(6)、所述第二金屬層(7)以及所述第一雙面微波介質(zhì)基片(I)中金屬化通孔形成的側(cè)壁構(gòu)成所述第一諧振腔(4);所述第二雙面微波介質(zhì)基片(3)中包括金屬化通孔，所述第二雙面微波介質(zhì)基片(3)的上層設(shè)置有第三金屬層(8)，所述第三金屬層(8)上設(shè)置有耦合空槽，所述第二雙面微波介質(zhì)基片(3)的下層設(shè)置有第四金屬層(9)以及與所述第四金屬層(9)連接的兩條第二微帶饋電線(10)，所述第三金屬層(8)、所述第四金屬層(9)以及所述第二雙面微波介質(zhì)基片(3)中的金屬化通孔形成的側(cè)壁構(gòu)成所述第二諧振腔(5);所述第一雙面微波介質(zhì)基片(I)和所述第二雙面微波介質(zhì)基片(3)層疊設(shè)置，并通過所述半固化片(2)粘合所述第二金屬層(7)和所述第三金屬層(8)，所述第一諧振腔(4)和所述第二諧振腔(5)通過所述第二金屬層(7)上的耦合空槽以及所述第三金屬層(8)上的耦合空槽級聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，其特征在于，所述第一諧振腔(4)和所述第二諧振腔(5)均為矩形諧振腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，其特征在于，兩條第一微帶饋電線(11)在第一金屬層(6)上饋電點的位置關(guān)于所述第一諧振腔(4)中心對稱；兩條第二微帶饋電線(10)在第三金屬層(8)上饋電點上的位置關(guān)于所述第二諧振腔(5)中心對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，其特征在于，所述第一金屬層(6 )的邊緣開設(shè)有兩個用于分別接入兩條第一微帶饋電線(11)的饋電連接口 ；所述第三金屬層(8)的邊緣開設(shè)有兩個用于分別接入兩條第二微帶饋電線(10)的饋電連接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，其特征在于，所述第二金屬層(7)上設(shè)置有兩個耦合空槽，所述第二金屬層(7)上的兩個耦合空槽關(guān)于所述第一諧振腔(4)中心對稱；所述第三金屬層(8)上設(shè)置有兩個耦合空槽，所述第三金屬層(8)上的兩個耦合空槽關(guān)于所述第二諧振腔(5)中心對稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，所述第二金屬層(7)上的兩個耦合空槽和所述第三金屬層(8 )上的兩個耦合空槽相對設(shè)置，且形狀以及大小相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)差分帶通濾波器，其特征在于，所述第一雙面微波介質(zhì)基片(I)和第二雙面微波介質(zhì)基片(3 )具有相同的介電常數(shù)和厚度。
【文檔編號】H01P1/203GK103531871SQ201310524632
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】褚慧, 金晨, 陳建新, 施金, 唐慧, 周立衡, 包志華 申請人:南通大學(xué)