一种叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器的制作方法

本发明涉及差分滤波器技术领域，特别是一种叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器。

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。

差分通带滤波器具有好的信噪比而得到特别的关注，差模信号选择性滤波和共模响应的抑制是最重要指标。基片集成波导(SIW)是一种新的微带线传输形式，其利用金属过孔在介质基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、易于设计等，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。

但是目前，基片集成波导技术尚未被成熟地应用于差分滤波器的设计，差分滤波器依然存在体积大、难以加工、集成度低，以及共模抑制和带间隔离度低等问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种具有较高共模抑制、带间隔离度和可控中心频率的叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器，包括两个叠层设置的第一～二介质基板，设置在第一介质基板上表面的上表面金属层和设置在第二介质基板下表面的下表面金属层，以及第一～二介质基板之间的中间金属层，中间金属层具有一水平轴线和垂直轴线，水平轴线与信号的传输方向相同，其中：

所述第一～二介质基板、上表面金属层、中间金属层和下表面金属层上设置有多个贯穿的金属化通孔，金属化通孔分别在上表面金属层与中间金属层表面，以及中间金属层与下表面金属层表面形成通孔阵列，所述上层通孔阵列、上表面金属层和中间金属层围包形成基片集成波导上层的四个腔体，分别为第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体，所述下层通孔阵列、中间金属层和下表面金属层围包形成基片集成波导下层的两个腔体，分别为第五腔体第六腔体，其中：

第一腔体和第二腔体、第三腔体和第四腔体分别关于水平轴线对称，第一腔体和第四腔体、第二腔体和第三腔体分别关于垂直轴对称，第五腔体和第六腔体关于垂直轴对称，所述第五腔体和第六腔体位于第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体的垂直下层；

所述第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体均为具有第一面积的四方形腔体结构，且四个腔体构成一个大的四方形腔体，第五腔体、第六腔体均为具有第二面积的四方形腔体结构，每个腔体的沿水平轴线方向的侧边具有相同的长度，且前述第二面积为第一面积的两倍；

所述第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体之间分别两两隔离，第五腔体和第六腔体之间相连，并在连接部分形成第一耦合窗口和第二耦合窗口；

在第一、二、三、四腔体对应的上表面金属层边缘的位置分别插入有四条馈线，分别为第一馈线、第二馈线、第三馈线及第四馈线。

进一步地，所述第一耦合窗口与第二耦合窗口的长度相等，且关于水平轴线对称。

进一步地，所述中间金属层上蚀刻有第一H型耦合槽线、第二H型耦合槽线、第三H型耦合槽线和第四H型耦合槽线，且分别位于第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体内；所述下表面金属层上蚀刻有第五扰动槽线、第六扰动槽线、第七扰动槽线和第八扰动槽线，其中第五扰动槽线和第六扰动槽线位于第五腔体内；第七扰动槽线和第八扰动槽线位于第六腔体内，并与第五扰动槽线、第六扰动槽线关于垂直轴线对称分布；第一H型耦合槽线、第二H型耦合槽线和第三H型耦合槽线、第四H型耦合槽线关于垂直轴线对称分布，第一H型耦合槽线、第四H型耦合槽线和第二H型耦合槽线、第三H型耦合槽线关于水平轴线对称分布，第一H型耦合槽线、第二H型耦合槽线、第三H型耦合槽线和第四H型耦合槽线结构相同，第五扰动槽线、第六扰动槽线、第七扰动槽线、第八扰动槽线的结构相同。

进一步地，所述中间金属层上的第一～四H型耦合槽线两两相同，所述下表面金属层上的第五～八扰动槽线的长度相等，第五扰动槽线与第八扰动槽线关于垂直轴线对称，第六扰动槽线与第七扰动槽线关于垂直轴线对称，第五～八扰动槽线均关于水平轴线对称，且互相平行。

进一步地，所述金属通孔的直径均为0.8mm，两相邻金属通孔间距离是1.2mm。

进一步地，所述第一～二介质基板均采用R05880型号，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)将基片集成波导技术引入差分带通滤波器的设计中，并设计叠层结构利用基片集成波导高次模式来得到第二差模通带，减小了滤波器平面尺寸，实现了小型化；(2)在介质基板的下表面金属的特定位置刻蚀四个槽线，通过调整槽线的位置或尺寸，提高了共模抑制和带间隔离，具有可控中心频率。

附图说明

图1为本发明双层基片集成波导结构的双通带差分滤波器的三维结构示意图。

图2为实施例1中双层基片集成波导结构的双通带差分滤波器的结构尺寸示意图，其中(a)为上表面金属层的结构尺寸示意图，(b)为下表面金属层的结构尺寸示意图。

图3为添加槽线后的双通带差分滤波器仿真测试结果图。

具体实施方式

结合图1，本发明叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器，包括两个叠层设置的第一～二介质基板1、2，设置在第一介质基板1上表面的上表面金属层3和设置在第二介质基板2下表面的下表面金属层4，以及第一～二介质基板1、2之间的中间金属层5，中间金属层5具有一水平轴线L1和垂直轴线L2，水平轴线L1与信号的传输方向相同，其中：

所述第一～二介质基板1、2、上表面金属层3、中间金属层5和下表面金属层4上设置有多个贯穿的金属化通孔，金属化通孔分别在上表面金属层3与中间金属层5表面，以及中间金属层5与下表面金属层4表面形成通孔阵列，所述上层通孔阵列、上表面金属层3和中间金属层5围包形成基片集成波导上层的四个腔体，分别为第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64，所述下层通孔阵列、中间金属层5和下表面金属层4围包形成基片集成波导下层的两个腔体，分别为第五腔体65第六腔体66，其中：

第一腔体61和第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64分别关于水平轴线L1对称，第一腔体61和第四腔体64、第二腔体62和第三腔体63分别关于垂直轴L2对称，第五腔体65和第六腔体66关于垂直轴L2对称，所述第五腔体65和第六腔体66位于第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64的垂直下层；

所述第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64均为具有第一面积M1的四方形腔体结构，且四个腔体构成一个大的四方形腔体，第五腔体65、第六腔体66均为具有第二面积M2的四方形腔体结构，每个腔体的沿水平轴线方向的侧边具有相同的长度，且前述第二面积M2为第一面积M1的两倍；

所述第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64之间分别两两隔离，第五腔体65和第六腔体66之间相连，并在连接部分形成第一耦合窗口和第二耦合窗口；

在第一、二、三、四腔体61、62、63、64对应的上表面金属层3边缘的位置分别插入有四条馈线，分别为第一馈线31、第二馈线32、第三馈线33及第四馈线34。

优点地，所述第一耦合窗口与第二耦合窗口的长度相等，且关于水平轴线L1对称。

优点地，所述中间金属层5上蚀刻有第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43和第四H型耦合槽线44，且分别位于第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64内；所述下表面金属层4上蚀刻有第五扰动槽线45、第六扰动槽线46、第七扰动槽线47和第八扰动槽线48，其中第五扰动槽线45和第六扰动槽线46位于第五腔体65内；第七扰动槽线47和第八扰动槽线48位于第六腔体66内，并与第五扰动槽线45、第六扰动槽线46关于垂直轴线L2对称分布；第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42和第三H型耦合槽线43、第四H型耦合槽线44关于垂直轴线L2对称分布，第一H型耦合槽线41、第四H型耦合槽线44和第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43关于水平轴线L1对称分布，第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43和第四H型耦合槽线44结构相同，第五扰动槽线45、第六扰动槽线46、第七扰动槽线47、第八扰动槽线48的结构相同。

优点地，所述中间金属层5上的第一～四H型耦合槽线41、42、43、44两两相同，所述下表面金属层4上的第五～八扰动槽线45、46、47、48的长度相等，第五扰动槽线45与第八扰动槽线48关于垂直轴线L2对称，第六扰动槽线46与第七扰动槽线47关于垂直轴线L2对称，第五～八扰动槽线45、46、47、48均关于水平轴线L1对称，且互相平行。

优点地，所述金属通孔6的直径均为0.8mm，两相邻金属通孔间距离是1.2mm。

优点地，二介质基板1、2均采用R05880型号，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

实施例1

如图1所示，根据本发明的较优实施例，一种叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器，包括两个叠层设置的第一～二介质基板1、2，设置在第一介质基板1上表面的上表面金属层3和设置在第二介质基板2下表面的下表面金属层4，以及第一～二介质基板1、2之间的中间金属层5，中间金属层5具有一水平轴线L1和垂直轴线L2，水平轴线L1与信号的传输方向相同。

如图1所示，所述第一～二介质基板1、2、上表面金属层3、中间金属层5和下表面金属层4上设置有多个贯穿的金属化通孔，金属化通孔分别在上表面金属层3与中间金属层5表面，以及中间金属层5与下表面金属层4表面形成通孔阵列，所述上层通孔阵列、上表面金属层3和中间金属层5围包形成基片集成波导上层的四个腔体，分别为第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64，所述下层通孔阵列、中间金属层5和下表面金属层4围包形成基片集成波导下层的两个腔体，分别为第五腔体65第六腔体66。

本实施例中，前述每个金属化通孔的直径是0.8mm，两个相邻通孔之间的距离是1.2mm。所述介质基板1、2采用R05880型号，介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

参考图1所示，第一腔体61和第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64分别关于水平轴线L1对称，第一腔体61和第四腔体64、第二腔体62和第三腔体63分别关于垂直轴L2对称，第五腔体65和第六腔体66关于垂直轴L2对称，所述第五腔体65和第六腔体66位于第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64的垂直下层。

所述第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64均为具有第一面积M1的四方形腔体结构，且四个腔体构成一个大的四方形腔体，第五腔体65、第六腔体66均为具有第二面积M2的四方形腔体结构，每个腔体的沿水平轴线方向的侧边具有相同的长度，且前述第二面积M2为第一面积M1的两倍。

所述第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64之间分别两两隔离，第五腔体65和第六腔体66之间相连，并在连接部分形成第一耦合窗口和第二耦合窗口。

优选地，所述第一耦合窗口与第二耦合窗口的长度相等，且关于水平轴线L1对称。

在第一、二、三、四腔体61、62、63、64对应的上表面金属层3边缘的位置分别插入有四条馈线，分别为第一馈线31、第二馈线32、第三馈线33及第四馈线34。

如图1所示，所述中间金属层5上蚀刻有第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43和第四H型耦合槽线44，且分别位于第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64内；所述下表面金属层4上蚀刻有第五扰动槽线45、第六扰动槽线46、第七扰动槽线47和第八扰动槽线48，其中第五扰动槽线45和第六扰动槽线46位于第五腔体65内；第七扰动槽线47和第八扰动槽线48位于第六腔体66内，并与第五扰动槽线45、第六扰动槽线46关于垂直轴线L2对称分布；第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42和第三H型耦合槽线43、第四H型耦合槽线44关于垂直轴线L2对称分布，第一H型耦合槽线41、第四H型耦合槽线44和第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43关于水平轴线L1对称分布，第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43和第四H型耦合槽线44结构相同，第五扰动槽线45、第六扰动槽线46、第七扰动槽线47、第八扰动槽线48的结构相同。前述槽线可以采用例如但不限于蚀刻的方式来形成。

所述中间金属层5上的第一～四H型耦合槽线41、42、43、44两两相同，所述下表面金属层4上的第五～八扰动槽线45、46、47、48的长度相等，第五扰动槽线45与第八扰动槽线48关于垂直轴线L2对称，第六扰动槽线46与第七扰动槽线47关于垂直轴线L2对称，第五～八扰动槽线45、46、47、48均关于水平轴线L1对称，且互相平行。

本实施例中，前述提出的叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器的实现方法，其制作过程包括以下步骤：

将第一～二介质基板1、2垂直叠放，在第一介质基板1的上表面、两个介质基板之间和第二介质基板2的下表面分别安装上表面金属层3、中间金属层5和下表面金属层4，前述第一、二介质基板1、2的水平轴线L1与信号的传输方向相同；

在第一介质基板1、上表面金属层3、中间金属层5和下表面金属层4上形成多个贯穿的金属化通孔，金属化通孔分别在上表面金属层3和中间金属层5表面，中间金属层5和下表面金属层4表面形成通孔阵列，通过所述上层通孔阵列、上表面金属层3和中间金属层5围包形成基片集成波导上层的四个腔体，分别为第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63、第四腔体64、第五腔体65及第六腔体66，其中：第一腔体61和第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64分别关于水平轴线L1对称，第一腔体61和第四腔体64、第二腔体62和第三腔体63分别关于垂直轴L2对称，第五腔体65和第六腔体66关于垂直轴L2对称，所述第五腔体65和第六腔体66位于第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64的垂直下层；所述第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64均为具有第一面积M1的四方形腔体结构，且四个腔体构成一个大的四方形腔体，第五腔体65、第六腔体66均为具有第二面积M2的四方形腔体结构，每个腔体的沿水平轴线方向的侧边具有相同的长度，且前述第二面积M2为第一面积M1的两倍；且第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64之间分别两两隔离，第五腔体65和第六腔体66之间相连，并在连接部分形成第一耦合窗口和第二耦合窗口；

在第一、二、三、四腔体61、62、63、64内临近上表面金属层3和下表面金属层4边缘的位置分别插入有四条馈线，分别为第一馈线31、第二馈线32、第三馈线33及第四馈线34。

在优选的实施方式中，前述实现方法还包括以下步骤：

在所述中间金属层5上蚀刻有第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43和第四H型耦合槽线44，且分别位于第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63和第四腔体64内，在所述下层表面金属层4上蚀刻有第五扰动槽线45、第六扰动槽线46、第七扰动槽线47和第八扰动槽线48，其中第五扰动槽线45和第六扰动槽线46位于第五腔体65内，第七扰动槽线47和第八扰动槽线48位于第六腔体66内，并与第五扰动槽线45、第六扰动槽线46关于垂直轴线L2对称分布，第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42和第三H型耦合槽线43、第四H型耦合槽线44关于垂直轴线L2对称分布，第一H型耦合槽线41、第四H型耦合槽线44和第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43关于水平轴线L1对称分布，第一H型耦合槽线41、第二H型耦合槽线42、第三H型耦合槽线43和第四H型耦合槽线44结构相同，第五扰动槽线45、第六扰动槽线46、第七扰动槽线47、第八扰动槽线48的结构相同。

本实施例中，优选地采用蚀刻方式来形成前述槽线。

更优选地，在设置所述中间层四个H型耦合槽线41、42、43、44和下层四个扰动槽线45、46、47、48时，按照下述方式操作：

将中间金属层5上的H型耦合槽线41、42、43、44的各部分长度设置成分别相等，将下表面金属层4上的四个扰动槽线45、46、47、48的长度设置成分别相等，将第一扰动槽线45与第四扰动槽线48设置关于垂直轴线L2对称，第二扰动槽线46与第三扰动槽线47设置关于垂直轴线L2对称，四个扰动槽线45、46、47、48均设置成关于水平轴线L1对称，且互相平行。

更优选地，前述实现方法还包括以下步骤：

调节所述中间层四个H型耦合槽线41、42、43、44的槽线长度和与金属化通孔间的距离，来调节双通带的耦合强度；调节所述下层四个扰动槽线45、46、47、48的长度和与腔体边缘的距离，从而提高共模抑制水平。

如图2所示为根据图1实施方式实现的叠层基片集成波导结构的双通带差分滤波器的一个带尺寸表示的三维结构示例，其中：六个腔体宽度均为w,第五腔体65、第六腔体66长度l为第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63及第四腔体64长度的两倍。第一馈线31、第二馈线32、第三馈线33及第四馈线34分别插入第一腔体61、第二腔体62、第三腔体63及第四腔体64，且相对位置相同，第一馈线31与第二馈线32插入深度为d1，宽度为g1，第三馈线33与第四馈线34插入深度为d2，宽度为g2。

如图2所示，为了使两通带能够同时达到最优的频率响应，在介质基板1、2的中间金属层5的特定位置蚀刻四个H型耦合槽线，通过调节H型耦合槽线的位置或尺寸，可以增强双通带的耦合强度。H型槽线与水平轴线L1平行的两条槽线长度为w2，宽度为S2，与垂直轴线L2平行的槽线长度为S1，宽度为w1，两条水平槽线分别与所在腔距离最近的水平边缘相距为m1和m2，垂直槽线位于两条水平槽线正中间位置。

参考图1如图2所示，为了提高差模抑制水平，在介质基板2的下表面金属的特定位置蚀刻了四个扰动槽线。通过调整扰动槽线的位置或尺寸，可以提高共模抑制。四个扰动槽线宽度均为w3，长度为S3。第五扰动槽线45与第八扰动槽线48关于垂直轴线对称，距金属化通孔6宽度为m3，第六扰动槽线46与第七扰动槽线47关于垂直轴对称，距中心轴线金属化通孔2宽度为m4。

本实施例中，结合图2(a)上表面金属层的结构尺寸示意图，图2(b)下表面金属层的结构尺寸示意图，为实现基于叠层基片集成波导结构，具有较高共模抑制、带间隔离度和可控中心频率的共模抑制增强型双通带差分滤波器，最优化尺寸参数为:l＝30.12mm；w＝15mm；S1＝2.44mm；S2＝1mm；S3＝6.4mm；m1＝1.424mm；m2＝1.424mm；m3＝2.05mm；m4＝2.05mm；w1＝1mm；w2＝2.4mm；w3＝0.9mm；d1＝3.5mm；d2＝3.5mm；g1＝4mm；g2＝4mm。

如图3所示的平衡滤波器仿真和测试结果图。对于差模响应，第一差模通带的中心频率为9.51GHz，3dB带宽为260MHz，包括SMA接头、2.4转3.5mm转接头和弯曲的馈线在内，实测的最小插入损耗为2.77dB，回波损耗优于17dB。第二差模通带的中心频率为14.95GHz，3dB带宽为790MHz，包括SMA接头和弯曲的馈线在内，实测的最小插入损耗为2.42dB回波损耗优于19dB。对于共模响应，在第一差模通带和第二差模通带的最小共模抑制分别为41dB和43dB。第二差模通带在fTE201频点的共模抑制能力提高20dB。

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，当可做各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。