CN105322259A - 基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，包括介质基板、上表面金属层和下表面金属层，介质基板上有贯穿于介质基板的金属化通孔阵列，所述金属化通孔阵列、上表面金属层与下表面金属层围成两个半模谐振腔。与传统基片集成波导滤波器的实现相比，在保持原有性能的前提下，尺寸减小了一半，而且两个传输零点可以通过改变扰动槽线的位置而改变。本发明有效地减少了滤波器的尺寸，尺寸为基片集成波导结构的一半，同时具有较高的共模抑制水平，便于系统集成化。

Description

基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器

技术领域

本发明涉及差分滤波器领域，具体而言涉及一种基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器。

背景技术

滤波器是电路系统重要的基本单元电路之一，广泛应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、弹道制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的重要器件。它性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。在实际工程应用中,从滤波器技术指标的给定到加工成品所要求的时间将越来越短,快速准确的设计出高性能的微波滤波器将是工程设计和市场竞争的必然趋势，设计性能高、体积小、成本低和缩短滤波器研制周期，是市场竞争的必然要求。

差分带通滤波器因具有好的信噪比而得到特别的关注，其中差分信号选择性滤波和共模信号抑制是最重要的指标。

基片集成波导(SIW)是一种新的微带线传输形式，其利用金属化孔在介质片上实现波导的场传播模式。此类波导的一个重要性质是具有与传统矩形波导相近的传播特性，诸如品质因数高，易于设计，同时较传统波导更为紧凑，具有体积小、重量轻、容易加工和集成等优点。而基于基片集成波导的半模基片集成波导(HMSIW)技术进一步减小了滤波器的尺寸，半模基片集成波导的滤波器体积更小，同时保持了高性能、高Q值、低损耗、低成本、易于集成的优点。

因此，如何将基片集成波导技术引入差分带通滤波器的设计中，是差分带通滤波器设计中急需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，具有更好的共模抑制水平，以及两个传输零点提高带通滤波器的选择性。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其包括介质基板，以及设置在介质基板表面的上表面金属层和下表面金属层，介质基板具有一水平轴线和垂直轴线，垂直轴线与信号的传输方向相同，其中：

所述介质基板、上表面金属层和下表面金属层上形成有多个贯穿的金属化通孔，金属化通孔在上表面金属层和下表面金属层表面组成通孔阵列，所述通孔阵列、上表面金属层与下表面金属层围成两个半模谐振腔，分别为第一半模谐振腔和第二半模谐振腔，第一半模谐振腔和第二半模谐振腔关于水平轴线对称，且第一半模谐振腔与第二半模谐振腔邻接的位置形成有第一耦合窗口和第二耦合窗口；

所述上表面金属层的边缘上关于所述第一耦合窗口或者第二耦合窗口的水平对称位置形成有第一扰动槽线和第二扰动槽线；

所述第一半模谐振腔和第二半模谐振腔两侧的开口位置设置四根馈线，分别为第一馈线、第二馈线、第三馈线和第四馈线，用于信号传输。

根据本发明的另一方面还提出一种上述基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的实现方法，其制作过程包括以下步骤：

在一介质基板的两个表面上分别安装上表面金属层和下表面金属层，前述介质基板的垂直轴线与信号的传输方向相同；

在所述介质基板、上表面金属层和下表面金属层表面形成多个贯穿的金属化通孔，通过金属化通孔在上表面金属层和下表面金属层表面组成通孔阵列，通过所述通孔阵列、上表面金属层与下表面金属层围包形成两个半模谐振腔，分别为第一半模谐振腔和第二半模谐振腔，其中，第一半模谐振腔和第二半模谐振腔被设置成关于水平轴线对称，且在第一半模谐振腔与第二半模谐振腔邻接的位置形成有第一耦合窗口和第二耦合窗口；

在所述上表面金属层的边缘上关于所述第一耦合窗口或者第二耦合窗口的水平对称位置形成第一扰动槽线和第二扰动槽线；

在所述第一半模谐振腔和第二半模谐振腔两侧的开口位置设置四根馈线，分别为第一馈线、第二馈线、第三馈线和第四馈线，用于信号传输。

附图说明

图1为本发明一实施方式基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的结构示意图。

图2为图1实施例的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的侧视图。

图3为根据图1实施方式实现的基片集成波导结构的双通带差分滤波器的一个带尺寸标示的示例。

图4a为添加扰动槽线与未加扰动槽线差模相应对比图，图4b为添加扰动槽线与未加扰动槽线共模相应对比图。

图5为两个传输零点随x₁变化趋势图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1结合图2所示，根据本发明的较优实施例，一种基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其包括介质基板6，以及设置在介质基板6表面的上表面金属层1和下表面金属层7，介质基板6具有一水平轴线L1和垂直轴线L2，垂直轴线L2与信号的传输方向相同。

所述介质基板6、上表面金属层1和下表面金属层7上形成有多个贯穿的金属化通孔2，金属化通孔2在上表面金属层1和下表面金属层7表面组成通孔阵列，所述通孔阵列、上表面金属层1与下表面金属层7围成两个半模谐振腔，分别为第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32，第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32关于水平轴线L1对称，且第一半模谐振腔31与第二半模谐振腔32邻接的位置形成有第一耦合窗口C1和第二耦合窗口C2。

作为优选，所述金属通孔2的直径是0.8mm，两相邻通孔间距离是1.2mm。

作为优选，所述介质基板6采用RO5880型号，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

所述上表面金属层1的边缘上关于所述第一耦合窗口C1或者第二耦合窗口C2的水平对称位置形成有第一扰动槽线41和第二扰动槽线42。

所述第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32两侧的开口位置设置四根馈线，分别为第一馈线51、第二馈线52、第三馈线53和第四馈线54，用于信号传输。

优选地，参考图1所示，本实施例中，所述第一耦合窗口C1与第二耦合窗口C2的长度相同。

优选地，所述第一耦合窗口C1和第二耦合窗口C2被设置成关于垂直轴线L2对称。

优选地，所述第一扰动槽线41和第二扰动槽线42的结构相同。

本公开还涉及一种前述半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的制作方法，其实现包括以下步骤：

在一介质基板6的两个表面上分别安装上表面金属层1和下表面金属层7，前述介质基板6的垂直轴线L2与信号的传输方向相同；

在所述介质基板6、上表面金属层1和下表面金属层7表面形成多个贯穿的金属化通孔2，通过金属化通孔2在上表面金属层1和下表面金属层7表面组成通孔阵列，通过所述通孔阵列、上表面金属层1与下表面金属层7围包形成两个半模谐振腔，分别为第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32，其中，第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32被设置成关于水平轴线L1对称，且在第一半模谐振腔31与第二半模谐振腔32邻接的位置形成有第一耦合窗口C1和第二耦合窗口C2；

在所述上表面金属层1的边缘上关于所述第一耦合窗口C1或者第二耦合窗口C2的水平对称位置形成第一扰动槽线41和第二扰动槽线42；

在所述第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32两侧的开口位置设置四根馈线，分别为第一馈线51、第二馈线52、第三馈线53和第四馈线54，用于信号传输。

如前所述，在本制作方法中按照下述方式形成所述两个耦合窗口：

将第一耦合窗口C1与第二耦合窗口C2设置成相同的长度，且关于垂直轴线L2对称。

如前所述，通过添加第一扰动槽线(41)和第二扰动槽线(42)可以获得两个传输零点，在另选的实施例中，前述制作方法还包括以下步骤：

调节所述两个槽线41、42的尺寸和/或两个槽线41、42与半模谐振腔的间距，从而调整信号传输零点对应的频率值。

参考图3所示的图1实施方式实现的基片集成波导结构的双通带差分滤波器的一个带尺寸标示的示例，其中：两个半模谐振腔宽度为w□，长度为l₁。两个半模谐振腔两侧四个耦合窗口的宽度均为g₁，第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32相连的耦合窗口宽度为l₃。四根馈线的宽度均为w₃,馈线与相应半模谐振腔连接处的金属贴片宽度为g₂。

为了提高差分带通滤波器的选择性，在所述介质板第一半模谐振腔31和第二半模谐振腔32的相连耦合窗口位置分别刻蚀了第一扰动槽线41和第二扰动槽线42，其中第一扰动槽线41和第二扰动槽线42长度、宽度均相等，分别为l₂和w，两根扰动槽线距离右侧金属化通孔的距离为x₁。，通过刻蚀槽线，可以在差分通带的两侧各产生一个传输零点。如图4为刻蚀扰动槽线与未刻蚀扰动槽线的差分相应对比图。其次，通过调整扰动槽线的位置x₁的值，两传输零点有着不同的变化，第一个传输零点随x₁变化很小，而第二差分传输零点随x₁的增加而减小，如图5所示。

为实现基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，最优化尺寸参数为：l₁＝30mm,l₂＝3mm,l₃＝5.9mm,w₁＝8mm,w₂＝2mm,w₃＝1.6mm,g₁＝3.7mm,g₂＝2.5mm。

本发明测量所得差分通带的中心频率是8.65GHz，3dB带宽为720MHz，其最小插入损耗是2.5dB。回波损耗优于16.5dB，两个传输零点位于6.76和10.7GHz，提高频率选择性。对于共模响应，在差分通带中所测量的信号抑制率优于34.5dB。在6.7到10.5GHz频率范围内，共模抑制高于20dB。所提出的滤波器具有良好的共模抑制能力，同时具备尺寸小的特点，这可以在广泛应用于微波毫米波高性能、小尺寸的平衡接收模块。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其特征在于，包括介质基板(6)，以及设置在介质基板(6)表面的上表面金属层(1)和下表面金属层(7)，介质基板(6)具有一水平轴线(L1)和垂直轴线(L2)，垂直轴线(L2)与信号的传输方向相同，其中：

所述介质基板(6)、上表面金属层(1)和下表面金属层(7)上形成有多个贯穿的金属化通孔(2)，金属化通孔(2)在上表面金属层(1)和下表面金属层(7)表面组成通孔阵列，所述通孔阵列、上表面金属层(1)与下表面金属层(7)围成两个半模谐振腔，分别为第一半模谐振腔(31)和第二半模谐振腔(32)，第一半模谐振腔(31)和第二半模谐振腔(32)关于水平轴线(L1)对称，且第一半模谐振腔(31)与第二半模谐振腔(32)邻接的位置形成有第一耦合窗口(C1)和第二耦合窗口(C2)；

所述上表面金属层(1)的边缘上关于所述第一耦合窗口(C1)或者第二耦合窗口(C2)的水平对称位置形成有第一扰动槽线(41)和第二扰动槽线(42)；

所述第一半模谐振腔(31)和第二半模谐振腔(32)两侧的开口位置设置四根馈线，分别为第一馈线(51)、第二馈线(52)、第三馈线(53)和第四馈线(54)，用于信号传输。

2.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其特征在于，所述第一耦合窗口(C1)与第二耦合窗口(C2)的长度相同。

3.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其特征在于，所述第一耦合窗口(C1)和第二耦合窗口(C2)被设置成关于垂直轴线(L2)对称。

4.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其特征在于，所述第一扰动槽线(41)和第二扰动槽线(42)的结构相同。

5.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其特征在于，所述金属通孔(2)的直径是0.8mm，两相邻通孔间距离是1.2mm。

6.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器，其特征在于，所述介质基板(6)采用RO5880型号，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

7.一种如权利要求1所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在一介质基板(6)的两个表面上分别安装上表面金属层(1)和下表面金属层(7)，前述介质基板(6)的垂直轴线(L2)与信号的传输方向相同；

在所述介质基板(6)、上表面金属层(1)和下表面金属层(7)表面形成多个贯穿的金属化通孔(2)，通过金属化通孔(2)在上表面金属层(1)和下表面金属层(7)表面组成通孔阵列，通过所述通孔阵列、上表面金属层(1)与下表面金属层(7)围包形成两个半模谐振腔，分别为第一半模谐振腔(31)和第二半模谐振腔(32)，其中，第一半模谐振腔(31)和第二半模谐振腔(32)被设置成关于水平轴线(L1)对称，且在第一半模谐振腔(31)与第二半模谐振腔(32)邻接的位置形成有第一耦合窗口(C1)和第二耦合窗口(C2)；

在所述上表面金属层(1)的边缘上关于所述第一耦合窗口(C1)或者第二耦合窗口(C2)的水平对称位置形成第一扰动槽线(41)和第二扰动槽线(42)；

在所述第一半模谐振腔(31)和第二半模谐振腔(32)两侧的开口位置设置四根馈线，分别为第一馈线(51)、第二馈线(52)、第三馈线(53)和第四馈线(54)，用于信号传输。

8.根据权利要求7所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的制作方法，其特征在于，按照下述方式形成所述两个耦合窗口：

将第一耦合窗口(C1)与第二耦合窗口(C2)设置成相同的长度，且关于垂直轴线(L2)对称。

9.根据权利要求7所述的基于半模基片集成波导结构的差分带通滤波器的制作方法，其特征在于，还包括以下步骤：

调节所述两个槽线(41、42)的尺寸和/或两个槽线(41、42)与半模谐振腔的间距，从而调整信号传输零点对应的频率值。