波导滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种波导滤波器，涉及无线通信技术，本发明的波导滤波器通过不同层电路中的波导间的转接构成，电路结构相对简单。本发明的波导滤波器包括上层的第一波导和下层的第二波导，第一波导和第二波导通过金属隔离层隔开，所述第一波导形成第一谐振腔，所述第二波导形成第二谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔相互重叠且在重叠区域的金属隔离层上设有耦合槽。
【专利说明】波导滤波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种波导滤波器。
【背景技术】
[0002]波导，是在无线电通讯、雷达、导航等无线电领域中用来传输电磁波的装置，它是电路系统中基本的电路单元。通常电路系统中具有多个波导，因此波导与波导间或波导与其它子电路间需要转接，而如果在转接过程中构成具有选频功能的滤波器即波导滤波器，就能在一定程度上减少电路系统中滤波器的数量。
[0003]微波毫米波电路中常用的波导滤波器有基于金属波导的滤波器和基于微带线、共面线等平面电路的滤波器。基于金属波导的滤波器通常具有高Q值(Quality factor品质因数)、低损耗、选择性较好等优点。基于微带线、共面线等平面电路技术的滤波器具有与有源电路易集成的特点。基于基片集成波导的滤波器具有平面电路的易集成、制作方便等优点，又具有与金属波导滤波器近似的优良性能。
[0004]但上述构成滤波器的波导通常设置在同一层电路中，将其应用到多层电路时，一般需要增加另外的过渡结构来实现层间的转换，这无形当中就增加了电路结构的复杂性和电路损耗。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供一种波导滤波器，以解决其应用在不同层电路中造成的电路结构复杂和电路损耗高的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0007]本发明第一方面提供了一种波导滤波器，该波导滤波器包括上层的第一波导和下层的第二波导，第一波导和第二波导通过金属隔离层隔开，所述第一波导形成第一谐振腔，所述第二波导形成第二谐振腔，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔相互重叠且在重叠区域的金属隔离层上设有耦合槽。
[0008]在第一种可能的实现方式中，所述第一波导包括介质基片，在所述介质基片的上表面覆盖有第一金属层，在所述介质基片的下表面覆盖有第二金属层，且在所述介质基片中设有贯通所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的多个金属化通孔，所述介质基片、所述多个金属化通孔、所述第一金属层和所述第二金属层形成所述第一谐振腔；所述第二波导为上部镂空的金属波导，所述第二金属层和所述第二波导内部的腔体形成所述第二谐振腔；所述金属隔离层为所述第二金属层。
[0009]在第二种可能的实现方式中，所述第一波导包括第一介质基片，在所述第一介质基片的上表面覆盖有第一金属层，在所述第一介质基片的下表面覆盖有第二金属层，且在所述第一介质基片中设有贯通所述第一金属层、所述第一介质基片和所述第二金属层的多个第一金属化通孔，所述第一介质基片、所述多个第一金属化通孔、所述第一金属层和所述第二金属层形成所述第一谐振腔；[0010]所述第二波导包括第二介质基片，在所述第二介质基片的上表面覆盖有第三金属层，在所述第二介质基片的下表面覆盖有第四金属层，且在所述第二介质基片中设有贯通所述第三金属层、所述第二介质基片和所述第四金属层的多个第二金属化通孔，所述第二介质基片、所述多个第二金属化通孔、所述第三金属层和所述第四金属层形成所述第二谐振腔；
[0011 ] 所述金属隔离层为所述第二金属层和所述第三金属层。
[0012]在第三种可能的实现方式中，所述第一波导为中空的金属波导，其内部的腔体形成所述第一谐振腔；所述第二波导为上部镂空的金属波导，所述第一波导下表面的金属层和所述第二波导内部的腔体形成所述第二谐振腔；所述金属隔离层为所述第一波导下表面
的金属层。
[0013]结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔均为圆形。
[0014]结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述耦合槽位于所述重叠区域的中心位置，且所述耦合槽的延伸方向与所述第一谐振腔的圆心和所述第二谐振腔的圆心的连线垂直。
[0015]结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式、第一方面的第三种可能的实现方式、第一方面的第四种可能的实现方式或第一方面的第五种可能的实现方式，在第六 种可能的实现方式中，所述第一波导还包括相互连通的第一馈电部和第一馈电窗口，所述第一馈电窗口位于所述第一谐振腔的侧壁上，所述第一馈电部为所述第一波导上的波导段，所述第一馈电部通过所述第一馈电窗口与所述第一谐振腔相连；所述第二波导还包括相互连通的第二馈电部和第二馈电窗口，所述第二馈电窗口位于所述第二谐振腔的侧壁上，所述第二馈电部为所述第二波导上的波导段，所述第二馈电部通过所述第二馈电窗口与所 述第二谐振腔相连。
[0016]结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述第一馈电窗口与所述第二馈电窗口平行，所述第一谐振腔的圆心与所述第二谐振腔的圆心的连线与垂直于所述第一馈电窗口的方向的夹角为α，90°≤α≤45°。
[0017]结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述第一馈电部和所述第二馈电部的宽度大于截止频率对应的宽度。
[0018]本发明实施例提供的波导滤波器，由于第一波导和第二波导通过金属隔离层隔开，第一波导形成第一谐振腔，第二波导形成第二谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔相互重叠且在重叠区域的金属隔离层上设有耦合槽，因此上下设置的第一谐振腔与第二谐振腔便通过开设在二者重叠区域的耦合槽耦合相连，同时第一波导和第二波导也就通过该耦合槽实现了转接并形成波导滤波器，在转接过程中没有增加其它过渡结构，电路结构相对简单，电路损耗低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例提供的波导滤波器的结构示意图；
[0021]图2为图1所示第一波导的结构示意图；
[0022]图3为图1所示第二波导的结构示意图；
[0023]图4为本发明实施例提供的波导滤波器的另一结构示意图；
[0024]图5为图1所示的波导滤波器的俯视图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]如图1和图4所示，本发明实施例提供了一种波导滤波器，该波导滤波器包括上层的第一波导I和下层的第二波导2，第一波导I和第二波导2通过金属隔离层隔开，第一波导I形成第一谐振腔11，第二波导2形成第二谐振腔21，第一谐振腔11和第二谐振腔21相互重叠且在重叠区域M的金属隔离层上设有耦合槽3。
[0027]本发明实施例提供的波导滤波器，由于第一波导I和第二波导2通过金属隔离层隔开，第一波导I形成第一谐振腔11，第二波导2形成第二谐振腔21，第一谐振腔11和第二谐振腔21相互重叠且在重叠区域M的金属隔离层上设有耦合槽3，因此上下设置的第一谐振腔11与第二谐振腔21便通过开设在二者重叠区域的耦合槽3耦合相连同时第一波导I和第二波导2也就通过该耦合槽3实现了转接，在转接过程中没有增加其它过渡结构，电路结构相对简单，电路损耗低。
[0028]可以理解的是，上述实施例中也可以为第一波导在下层，第二波导在上层，而且第一波导和第二波导可以通过螺栓或导电胶等方式实现机械固定。
[0029]另外针对上述实施例还需要说明的是，第一谐振腔与第二谐振腔的位置关系决定了重叠区域的形态，其中第一谐振腔与第二谐振腔存在以下位置关系:
[0030]A、完全重合，即第一谐振腔和第二谐振腔大小和形状完全相同，从上向下看完全重合，此时重叠区域为第一谐振腔或第二谐振腔所覆盖的区域，这一般适用于第一波导和第二波导为同类型的波导。
[0031]B、相互交叉，即如图1所示，第一谐振腔11和第二谐振腔21交叉重叠，重叠区域即为第一谐振腔11与第二谐振腔21同时覆盖的区域M，这对第一波导和第二波导为同类型波导或不同类型波导均可。
[0032]具体第一谐振腔和第二谐振腔的形状、大小以及位置关系需要通过仿真软件获得的仿真结果确定，仿真时所依赖的条件包括该滤波器的工作模式(例如主模模式或双模模式)，允许通过的电磁波的频率范围以及第一谐振腔与第二谐振腔的耦合系数等。
[0033]优选的，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔均为圆形。这样可以使该滤波器工作在TMllO模式(TM110是谐振腔谐振模式的一种，在圆波导谐振腔中，其表示高次模的电磁场分布情况)。[0034]优选的，如图5所示，耦合槽3设在所述重叠区域的中心位置，且耦合槽3的延伸方向与第一谐振腔11的圆心01和第二谐振腔21的圆心02的连线垂直。这是因为越靠近重叠区域的中心位置，滤波器的耦合系数越大，滤波器的谐振腔之间的能量耦合越大。在实际设计中，需要用仿真软件优化耦合槽的大小和位置，以达到理论上需要的耦合系数。同样，耦合槽3的延伸方向与第一谐振腔11的圆心01和第二谐振腔21的圆心02的连线垂直更有利于两个波导间能量的耦合传输及耦合系数的确定。
[0035]如图1-图5所示，第一波导I还包括相互连通的第一馈电部12和第一馈电窗口13，第一馈电窗口 13在第一谐振腔11的侧壁上，第一馈电部12为第一波导I上的第一波导段，第一馈电部12通过第一馈电窗口 13与第一谐振腔11相连；第二波导2还包括相互连通的第二馈电部22和第二馈电窗口 23，第二馈电窗口 23设在第二谐振腔21的侧壁上，第二馈电部22为设在第二波导2上的第二波导段，第二馈电部22通过第二馈电窗口 23与第二谐振腔21相连。这样该滤波器可以从第一馈电部或第二馈电部馈电，当从第一馈电部馈电时，电磁波经过第一馈电窗口、第一谐振腔、第二谐振腔，最后经第二馈电窗口从第二馈电部输出。当从第二馈电部馈电时，电磁波经过第二馈电窗口、第二谐振腔、第一谐振腔，最后经第一馈电窗口从第一馈电部输出。当然本发明并不局限于此，也可以将第一馈电窗口设置在第一谐振腔的上表面，将第二馈电窗口设置在第二谐振腔的下表面，这样可以从滤波器的上部或底部馈电。
[0036]其中，上述实施例中的第一馈电部和第二馈电部的宽度优选大于截止频率对应的宽度，以保证滤波的纯净性。
[0037]优选的，第一馈电窗口与第二馈电窗口平行，第一谐振腔的圆心与第二谐振腔的圆心的连线与垂直于第一馈电窗口的方向的夹角为α，90°≥α≥45°。这样有利于激励双模，使滤波器工作在双模模式。当第一谐振腔与第二谐振腔为完全重合的关系时，圆心01与圆心02重合，此时就需要相应调节第一馈电窗口与第二馈电窗口的位置关系来激励双模。
[0038]另外，由于基于金属波导的滤波器和基于基片集成波导的滤波器通常具有高Q值(Quality factor品质因数)、低损耗、选择性较好等优点。而且基于基片集成波导的滤波器还具有平面电路的易集成、制作方便等优点，非常适合微波毫米波集成电路的设计和大批量生产。因此上述实施例中的所述第一波导可以为基片集成波导或金属波导，所述第二波导也可以为基片集成波导或金属波导。具体组合转接形式为:
[0039]一、第一波导为基片集成波导，第二波导为金属波导时，二者在转接后形成图1所示的波导滤波器。
[0040]此时第一波导优选为图2所示的基片集成波导，它包括介质基片10和覆盖在介质基片10上表面的第一金属层IOa和覆盖在介质基片10下表面的第二金属层IOb,且在介质基片10中设有贯通第一金属层10a、介质基片10和第二金属层IOb的多个金属化通孔10c，介质基片10、金属化通孔IOc和第一金属层10a、第二金属层IOb形成第一谐振腔11。第二波导优选为图3所示的上部镂空的金属波导，第二金属层IOb和所述第二波导内部的腔体形成第二谐振腔21。其中，金属化通孔IOc可以利用普通印制电路板(PCB,Print CircuitPanel)工艺制作。
[0041]本实施例中第一波导和第二波导在转接时的具体转接方法可以为:[0042]首先，将中空的金属波导上表面的金属层去掉(也可以像如图3所示那样直接将金属波导加工成上部镂空的结构)，并在基片集成波导下表面的第二金属层IOb上的相应位置开设耦合槽3 (耦合槽可以利用普通印制电路板工艺制作)。
[0043]然后，将基片集成波导叠放在金属波导上并使二者紧密贴合。
[0044]最后，通过螺栓或导电胶等方式将第一波导和第二波导机械固定。
[0045]组合后的结果是:上层的基片集成波导和下层的金属波导通过第二金属层10b，即金属隔离层隔开，并且第一谐振腔和第二谐振腔通过耦合槽耦合相连。这样基片集成波导和金属波导通过耦合槽实现转接形成如图1所示的波导滤波器，同时实现了不同类型波导间的转接，转接结构简单。
[0046]二、第一波导和第二波导均为基片集成波导时，二者在转接后形成如图4所示的波导滤波器。
[0047]此时，所述第一波导I包括第一介质基片10，在所述第一介质基片10的上表面覆盖有第一金属层101,在所述第一介质基片10的下表面覆盖有第二金属层102,且在所述第一介质基片10中设有贯通所述第一金属层101、所述第一介质基片10和所述第二金属层102的多个第一金属化通孔103，所述第一介质基片10、所述多个第一金属化通孔103、所述第一金属层101和所述第二金属层102形成所述第一谐振腔11。
[0048]所述第二波导2包括第二介质基片20，在所述第二介质基片20的上表面覆盖有第三金属层201，在所述第二介质基片20的下表面覆盖有第四金属层202，且在所述第二介质基片20中设有贯通所述第三金属层201、所述第二介质基片20和所述第四金属层202的多个第二金属化通孔203，所述第二介质基片20、所述多个第二金属化通孔203、所述第三金属层201和所述第四金属202层形成所述第二谐振腔21。
[0049]这样所述金属隔离层为所述第二金属层102和所述第三金属层201。
[0050]第一波导和第二波导的具体转接方法为:
[0051]首先，在第一波导I下表面的第二金属层102与第二波导2上表面的第三金属层201上的相应位置开设耦合槽3，该耦合槽是贯通第二金属层102和第三金属层201的。
[0052]然后，将两个基片集成波导叠放在一起并紧密贴合。
[0053]最后，通过螺栓或导电胶等方式将两个基片集成波导机械固定。
[0054]组合后的结果是:第一波导和第二波导通过第一波导下表面的第二金属层和第二波导上表面的第三金属层隔开，且第一谐振腔和第二谐振腔通过耦合槽耦合相连。这样第一波导和第二波导便通过该耦合槽实现转接形成如图4所示的波导滤波器，实现了相同类型波导间的转接，转接结构简单。
[0055]三、第一波导和第二波导均为金属波导时的转接结构。
[0056]此时，所述第一波导为中空的金属波导，其内部的腔体形成所述第一谐振腔；所述第二波导为上部镂空的金属波导，所述第一波导下表面的金属层和所述第二波导内部的腔体形成所述第二谐振腔；所述金属隔离层为所述第一波导下表面的金属层。
[0057]第一波导和第二波导的具体转接方法为:
[0058]首先将中空的金属波导上表面的金属层去掉(或者在制作时直接将金属波导加工成上部镂空结构)，获得第二波导；并在第一波导(即中空的金属波导)下表面的金属层上的相应位置开设耦合槽。[0059]然后将两个金属波导叠放在一起并紧密贴合。
[0060]最后通过螺栓或导电胶等方式将两个金属波导机械固定。则第一谐振腔和第二谐振腔通过一层金属层隔开并通过开设在该金属层上的耦合槽耦合相连。这样第一波导和第二波导便通过该耦合槽实现转接形成波导滤波器，实现了相同类型波导间的转接，转接结构简单。
[0061]四、第一波导为金属波导、第二波导为基片集成波导时的转接结构。该转接结构和第一波导为基片集成波导，第二波导为金属波导的转接结构类似，其不同之处在于将第一谐振腔为下部镂空的金属波导。
[0062]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种波导滤波器,其特征在于,包括上层的第一波导和下层的第二波导,第一波导和第二波导通过金属隔离层隔开，所述第一波导形成第一谐振腔，所述第二波导形成第二谐振腔，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔相互重叠且在重叠区域的金属隔离层上设有耦合槽。
2.根据权利要求1所述的波导滤波器，其特征在于， 所述第一波导包括介质基片，在所述介质基片的上表面覆盖有第一金属层，在所述介质基片的下表面覆盖有第二金属层，且在所述介质基片中设有贯通所述第一金属层、所述介质基片和所述第二金属层的多个金属化通孔，所述介质基片、所述多个金属化通孔、所述第一金属层和所述第二金属层形成所述第一谐振腔； 所述第二波导为上部镂空的金属波导，所述第二金属层和所述第二波导内部的腔体形成所述第二谐振腔； 所述金属隔离层为所述第二金属层。
3.根据权利要求1所述的波导滤波器，其特征在于， 所述第一波导包括第一介质基片，在所述第一介质基片的上表面覆盖有第一金属层，在所述第一介质基片的下表面覆盖有第二金属层，且在所述第一介质基片中设有贯通所述第一金属层、所述第一介质基片和所述第二金属层的多个第一金属化通孔，所述第一介质基片、所述多个第一金属化通孔、所述第一金属层和所述第二金属层形成所述第一谐振腔； 所述第二波导包括第二介质基片，在所述第二介质基片的上表面覆盖有第三金属层，在所述第二介质基片的下表面覆盖有第四金属层，且在所述第二介质基片中设有贯通所述第三金属层、所述第二介质基片和所述第四金属层的多个第二金属化通孔，所述第二介质基片、所述多个第二金属化通孔、所述第三金属层和所述第四金属层形成所述第二谐振腔； 所述金属隔离层为所述第二金属层和所述第三金属层。
4.根据权利要求1所述的波导滤波器，其特征在于， 所述第一波导为中空的金属波导，其内部的腔体形成所述第一谐振腔； 所述第二波导为上部镂空的金属波导，所述第一波导下表面的金属层和所述第二波导内部的腔体形成所述第二谐振腔； 所述金属隔离层为所述第一波导下表面的金属层。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的波导滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔均为圆形。
6.根据权利要求5所述的波导滤波器，其特征在于，所述耦合槽位于所述重叠区域的中心位置，且所述耦合槽的延伸方向与所述第一谐振腔的圆心和所述第二谐振腔的圆心的连线垂直。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的波导滤波器，其特征在于，所述第一波导还包括相互连通的第一馈电部和第一馈电窗口，所述第一馈电窗口位于所述第一谐振腔的侧壁上，所述第一馈电部为所述第一波导上的波导段，所述第一馈电部通过所述第一馈电窗口与所述第一谐振腔相连；所述第二波导还包括相互连通的第二馈电部和第二馈电窗口，所述第二馈电窗口位于所述第二谐振腔的侧壁上，所述第二馈电部为所述第二波导上的波导段，所述第二馈电部通过所述第二馈电窗口与所述第二谐振腔相连。
8.根据权利要求7所述的波导滤波器，其特征在于，所述第一馈电窗口与所述第二馈电窗口平行，所述第一谐振腔的圆心与所述第二谐振腔的圆心的连线与垂直于所述第一馈电窗口的方向的夹角为α，90°≥α≥45°。
9.根据权利要求8所述的波导滤波器，其特征在于，所述第一馈电部和所述第二馈电部的宽度大于截止频率对应的宽度。
【文档编号】H01P1/208GK103534869SQ201380000236
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】程钰间, 张传安, 陈一 申请人:华为技术有限公司