一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，包括构成基片集成波导的下层结构和上层结构，所述下层结构包括第一金属片、第一介质基板、第二金属片以及多个下层金属通孔；所述下层金属通孔将第二金属片围成第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器加载有第一过孔，并蚀刻出第一缝隙，所述第二谐振器加载有第二过孔，并蚀刻出第二缝隙；所述上层金属通孔将第三金属片围成第三谐振器和第四谐振器，所述第三谐振器加载有第三过孔，所述第四谐振器加载有第四过孔；所述第一谐振器通过第一缝隙与第三谐振器耦合，所述第二谐振器通过第二缝隙与第四谐振器耦合。本发明的滤波器品质因数高，具有体积小、设计简单、性能好的优点。
【专利说明】一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基片集成波导带通滤波器，尤其是一种具有双层结构的双频基片 集成波导带通滤波器，属于无线通讯领域。
【背景技术】
[0002] 无线通讯技术在现实社会生活中发挥着越来越重要的作用，作为无线通讯领域的 重要组成不跟，带通滤波器的需求也日益增加。双频带通滤波器OB-BPF)由于在现代无线 通讯系统中有广泛的应用而受到很大的关注。较早的DB-BPF是直接将两个单频BPF级联 起来，这种方法对设计来说拥有更多的自由度，但是滤波器尺寸太大。另一种方法是在宽带 BPF中间引入一个带阻滤波器（BSP)将通带分为两部分实现双频，这样不可避免地需要额 外的调试和优化。在微带结构上常常采用阶跃阻抗谐振器（SIR)设计双频滤波器，但这种 方法比较难以应用到其它的结构当中。随着双频滤波器通讯技术的不断发展，对滤波器的 要求也越来越高。最近，采用基片集成波导（SubstrateIntegratedWaveguide,简称SIW) 的毫米波滤波器受到很高的重视，它可以实现体积小，成本低的高性能带通滤波器。它是一 种新型波导，它具有传统的金属波导品质因数高、易于设计的特点，同时也具有体积小、造 价低、易加工等传统波导所没有的特点。它的这些优点，使得这种结构的滤波器被广泛应用 于无线通讯系统。此外，由于具备更高的自由度，以及节省电路面积成本，多层结构也越来 越受到人们的关注。
[0003] 据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
[0004] 1) 2014 年，祝雷等人在IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters 上发表题为"DesignofaCompactDual-BandBandpassFilterUsingCoupled Stepped-ImpedanceResonators"的文章中，作者提出了一种采用三节阶跃阻抗线的谐振 器，通过调节谐振器之间的耦合，最终获得两个通带以及五个带外的传输零点。
[0005] 2)随着电路加工技术的发展和LTCC技术的出现，为了提高滤波器的技术水平提 供了进一步改进方案。2010 年，ShinpeiOshima等人在IEEETransactiononMicrowave TheoryandTechniques上发表题为"Multilayerdual-bandbandpassfilterin low-temperaturec〇-firedceramicsubstrateforultra-widebandapplications，'的文 章中，分别在低频段（3. 168-4. 752GHz)和高频段（6. 336-9. 504GHz)设计了两个含有匹配 电路的宽带滤波器，并且分别在较低和较高的截止频率处产生一个传输零点，从而在通带 之外产生较高的带外抑制，通带间的隔离度也达到了 30dB。虽然利用这种方法设计出的滤 波器性能优良，但由于LTCC技术尚未很好的普及，制作成本昂贵。
[0006] 3) 2005 年，MahbubehEsmaeili等人在IEEEMicrowaveandWireless ComponentsLetters上发表题为"Substrateintegratedwaveguidetriple-passband dual-stopbandfilterusingsixcascadedsinglets"提出了在基片集成波导上利用六个 级联的单腔体设计出一个三通带的带通滤波器，不过这种结构尺寸过大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种结构简单、性能好，能 很好地满足现代通讯系统要求的具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器。
[0008] 本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0009] -种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，包括构成基片集成波导的下 层结构和上层结构，所述下层结构包括第一金属片、第一介质基板、第二金属片以及多个下 层金属通孔，所述上层结构包括第二介质基板、第三金属片以及多个上层金属通孔，从底部 至顶部按第一金属片、第一介质基板、第二金属片、第二介质基板和第三金属片的顺序依次 设置，所述第一金属片作为地板；所述下层金属通孔依次贯穿第一金属片、第一介质基板和 第二金属片，并与第二介质基板接触，所述上层金属通孔依次贯穿第二介质基板和第三金 属片，并与第二金属片接触；
[0010] 所述下层金属通孔将第二金属片围成第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器 加载有第一过孔，并蚀刻出第一缝隙，所述第二谐振器加载有第二过孔，并蚀刻出第二缝 隙，所述第一过孔和第二过孔依次贯穿第一金属片、第一介质基板和第二金属片，并与第二 介质基板接触；
[0011] 所述上层金属通孔将第三金属片围成第三谐振器和第四谐振器，所述第三谐振器 加载有第三过孔，所述第四谐振器加载有第四过孔，所述第三过孔和第四过孔依次贯穿第 二介质基板和第三金属片，并与第二金属片接触；
[0012] 所述第一谐振器通过第一缝隙与第三谐振器耦合，所述第二谐振器通过第二缝隙 与第四谐振器耦合。
[0013] 作为一种优选方案，所述第一缝隙所在位置靠近第一谐振器左边的下层金属通 孔，所述第二缝隙所在位置靠近第二谐振器右边的下层金属通孔，所述第一缝隙与第二缝 隙关于第二金属片的中心点旋转对称。
[0014] 作为一种优选方案，所述第一过孔所在位置靠近第一谐振器右上方的下层金属通 孔，所述第二过孔所在位置靠近第二谐振器左下方的下层金属通孔，所述第一过孔与第二 过孔关于第二金属片的中心点旋转对称。
[0015] 作为一种优选方案，所述第三过孔所在位置靠近第三谐振器的中心处，所述第四 过孔所在位置靠近第四谐振器的中心处，所述第三过孔与第四过孔关于第三金属片的中心 点旋转对称。
[0016] 作为一种优选方案，所述第一谐振器的右侧设有第一端口，所述第二谐振器的左 侧设有第二端口。
[0017] 作为一种优选方案，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器的形 状均为矩形。
[0018] 作为一种优选方案，所述第一缝隙和第二缝隙的形状均为矩形。
[0019] 本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
[0020] 1、本发明的双频基片集成波导带通滤波器通过设计出两层单频带通滤波器，并在 每层滤波器上加载过孔，可以实现独立控制，改变两层滤波器的频率，利用缝隙将两层滤波 器耦合，使得下层可以向上层馈电，能很好地满足现代通讯系统的要求，有良好的应用前 旦 〇
[0021] 2、本发明的双频基片集成波导带通滤波器品质因数高，具有体积小、设计简单、性 能好的优点，克服了传统微带双频滤波器设计自由度不够大的缺点，并解决了传统金属波 导造价昂贵的问题。
[0022] 3、本发明的双频基片集成波导带通滤波器经过测量表明，具备优良的通带性能和 带外抑制，同时维持滤波器的小型化特点。
[0023] 4、本发明的双频基片集成波导带通滤波器将基片集成波导推广到多层结构上，在 维持小型化的基础上实现良好的滤波性能，能够应用于多频通信系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器的整体侧面结构示意图。
[0025] 图2为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器的整体正面结构示意图。
[0026]图3为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器中第二金属片的结构示意 图。
[0027]图4为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器中第三金属片的结构示意 图。
[0028] 图5为本发明实施例1提取出的品质因数Q值和耦合系数K值的曲线图。
[0029] 图6为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器上层与下层的仿真曲线 图。
[0030] 图7为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器等效拓扑结构图。
[0031] 图8为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器的频率响应仿真曲线图。
[0032] 图9为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器的频率响应随Si的变化 图。
[0033] 图10为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器的频率响应随S3的变化 图
[0034]图11为本发明实施例1的双频基片集成波导带通滤波器的实物测量结果与仿真 结果比较图。
[0035] 其中，1-第一金属片，2-第一介质基板，3-第二金属片，4-下层金属通孔，5-第二 介质基板，6-第三金属片，7-上层金属通孔，8_第一谐振器，9-第二谐振器，10-第一端口， 11-第二端口，12-第一过孔，13-第二过孔，14-第三谐振器，15-第四谐振器，16-第三过 孔，17-第四过孔，18-第一缝隙，19-第二缝隙。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1 :
[0037] 如图1?图4所示，本实施例的双频基片集成波导带通滤波器，包括构成基片集成 波导（SIW)的下层结构和上层结构，所述下层结构包括第一金属片1、第一介质基板2、第二 金属片3以及多个下层金属通孔4,所述上层结构包括第二介质基板5、第三金属片6以及 多个上层金属通孔7,从底部至顶部按第一金属片1、第一介质基板2、第二金属片3、第二介 质基板5和第三金属片6的顺序依次设置，所述第一金属片1作为地板；所述下层金属通孔 4依次贯穿第一金属片1、第一介质基板2和第二金属片3,并与第二介质基板5接触，所述 上层金属通孔7依次贯穿第二介质基板5和第三金属片6,并与第二金属片3接触；
[0038] 所述下层金属通孔4将第二金属片3围成第一谐振器8和第二谐振器9,所述第 一谐振器8的右侧设有第一端口 10,所述第二谐振器9的左侧设有第二端口 11，第一端口 10和第二端口 11既可以作为输入端口，也可以作为输出端口；所述第一谐振器8加载有第 一过孔12,所述第二谐振器9加载有第二过孔13,所述第一过孔12和第二过孔13依次贯 穿第一金属片1、第一介质基板2和第二金属片3,并与第二介质基板5接触；所述第一过孔 13所在位置靠近第一谐振器8右上方的下层金属通孔4,所述第二过孔13所在位置靠近第 二谐振器9左下方的下层金属通孔4,所述第一过孔12与第二过孔13关于第二金属片3的 中心点旋转对称；
[0039] 所述上层金属通孔7将第三金属片6围成第三谐振器14和第四谐振器15,所述 第三谐振器14加载有第三过孔16,所述第四谐振器15加载有第四过孔17,所述第三过孔 16和第四过孔17依次贯穿第二介质基板5和第三金属片6,并与第二金属片3接触；所述 第三过孔16所在位置靠近第三谐振器14的中心处，所述第四过孔17所在位置靠近第四谐 振器15的中心处，所述第三过孔16与第四过孔17关于第三金属片6的中心点旋转对称。
[0040] 所述第一谐振器8、第二谐振器9、第三谐振器14和第四谐振器15的形状均为矩 形，所述第一谐振器8和第二谐振器9经加载过孔后构成下层的单频带通滤波器，第三谐振 器14和第四谐振器15经加载过孔同样构成上层的单频带通滤波器，两个滤波器的中心频 率不同，为了设计实现预定义的性能参数，两层滤波器形成的第一通带（PB1)和第二通带 (PB2)的耦合系数K和品质因数Q被提取出来，绘制出对应曲线如图5所示，按照理论Q值 和K值的计算公式（1):
【权利要求】
1. 一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，其特征在于：包括构成基片集 成波导的下层结构和上层结构，所述下层结构包括第一金属片、第一介质基板、第二金属片 W及多个下层金属通孔，所述上层结构包括第二介质基板、第H金属片W及多个上层金属 通孔，从底部至顶部按第一金属片、第一介质基板、第二金属片、第二介质基板和第H金属 片的顺序依次设置，所述第一金属片作为地板；所述下层金属通孔依次贯穿第一金属片、第 一介质基板和第二金属片，并与第二介质基板接触，所述上层金属通孔依次贯穿第二介质 基板和第H金属片，并与第二金属片接触； 所述下层金属通孔将第二金属片围成第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器加载 有第一过孔，并蚀刻出第一缝隙，所述第二谐振器加载有第二过孔，并蚀刻出第二缝隙，所 述第一过孔和第二过孔依次贯穿第一金属片、第一介质基板和第二金属片，并与第二介质 基板接触； 所述上层金属通孔将第立金属片围成第H谐振器和第四谐振器，所述第H谐振器加载 有第H过孔，所述第四谐振器加载有第四过孔，所述第H过孔和第四过孔依次贯穿第二介 质基板和第H金属片，并与第二金属片接触； 所述第一谐振器通过第一缝隙与第H谐振器禪合，所述第二谐振器通过第二缝隙与第 四谐振器禪合。
2. 根据权利要求1所述的一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，其特征 在于：所述第一缝隙所在位置靠近第一谐振器左边的下层金属通孔，所述第二缝隙所在位 置靠近第二谐振器右边的下层金属通孔，所述第一缝隙与第二缝隙关于第二金属片的中也 点旋转对称。
3. 根据权利要求1所述的一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，其特征 在于：所述第一过孔所在位置靠近第一谐振器右上方的下层金属通孔，所述第二过孔所在 位置靠近第二谐振器左下方的下层金属通孔，所述第一过孔与第二过孔关于第二金属片的 中也点旋转对称。
4. 根据权利要求1所述的一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，其特征 在于；所述第H过孔所在位置靠近第H谐振器的中也处，所述第四过孔所在位置靠近第四 谐振器的中也处，所述第H过孔与第四过孔关于第H金属片的中也点旋转对称。
5. 根据权利要求1所述的一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波器，其特征 在于：所述第一谐振器的右侧设有第一端口，所述第二谐振器的左侧设有第二端口。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波 器，其特征在于：所述第一谐振器、第二谐振器、第H谐振器和第四谐振器的形状均为矩形。
7. 根据权利要求1-5任一项所述的一种具有双层结构的双频基片集成波导带通滤波 器，其特征在于：所述第一缝隙和第二缝隙的形状均为矩形。
【文档编号】H01P1/203GK104347917SQ201410582536
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】汪凯, 陈志涵, 王世伟, 郭在成, 褚庆昕 申请人:华南理工大学