一种圆形基片集成波导带通滤波器的制作方法

本发明涉及微波滤波器的技术领域，特别是一种圆形基片集成波导带通滤波器。

背景技术：

为5g应用部署下一代无线系统需要一种简单高效的集成技术，因此开发体积小、性能高、成本低的微波和毫米波组件则显得非常必要。滤波器作为无线通信系统的重要组成部分，在具备功率容量大，品质因数高，低损耗的同时也向着小型化、易加工、高度集成的方向发展。传统的导波形式不能同时满足以上要求，因而提出一些可以同时实现上述性能的新型技术变得十分重要，基片集成波导(siw)技术(d.deslandes,andk.wu.integratedmicrostripandrectangularwaveguideinplanarform,ieeemicrow.wirelesscompon.lett.,2001,11(2):68–70.)正是在此应用背景下提出的。

siw以低成本的制造工艺、简单的设计规则和完整的屏蔽来实现任何类型的组件和天线,其实现形式更加丰富，结构更加灵活且易于与其他电路元器件结合，满足5g通信系统对现代通信技术的要求，适合微波毫米波电路的集成与大批量生产。但是siw也存在一定的不足，在频率较低时，结构尺寸相对较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、容易实现的圆形基片集成波导带通滤波器，该滤波器既保证了较好的通带性能，又能提高带外抑制性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种圆形基片集成波导带通滤波器，包括由上至下设置的上层金属贴片、介质基片、下层金属贴片；

所述上层金属贴片的中部为圆形贴片，圆形贴片中心设有一个第一金属通孔，第一金属通孔的上、下两侧分别设置两个第二金属通孔，第一金属通孔的直径大于第二金属通孔；

圆形贴片的左、右两侧分别通过第一共面波导、第二共面波导过渡为第一微带线、第二微带线，第一微带线连接输入端、第二微带线连接输出端；

圆形贴片上、下两侧分别连接一个矩形贴片，圆形贴片中沿着圆周边线设有一排第三金属通孔，矩形贴片中沿着不与圆形贴片连接的三侧边线分别设有一排第四金属通孔；每个金属通孔从上至下依次贯穿上层金属贴片、介质基片、下层金属贴片；

圆形贴片上刻蚀4组第一矩形槽、第二矩形槽和圆弧形槽，圆弧形槽沿着第三金属通孔的内侧设置，第一矩形槽与圆弧形槽相连，第一矩形槽、第二矩形槽沿着圆形贴片的径向设置，将圆形贴片均分成四部分。

进一步地，所述圆形贴片的宽度即圆形贴片的圆心到圆形贴片圆周处的第三金属通孔的圆心间的距离，采用面积等效法确定，根据以下公式确定矩形谐振腔的尺寸：

式中，fc为圆形基片集成波导带通滤波器的截止频率，v为光在介质基片中的传播速度，λc为截止频率fc所对应的波长，aequ为矩形贴片的等效宽度，asiw为矩形谐振腔的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，εr为介质基片的介电常数，d为第三金属通孔、第四金属通孔的直径，p为矩形贴片上相邻第四金属通孔之间的距离。

进一步地，所述圆形贴片中心第一金属通孔上下两侧的4个第二金属通孔，以第一金属通孔的圆心为中心对称分布，且第一金属通孔与第二金属通孔圆心之间的距离为0.89mm。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用圆形基片集成波导结构，可以实现体积小、低功耗且易于调节的特性；(2)该滤波器通过调节矩形贴片上下两侧金属通孔的位置，便与调节滤波器的选择性和带外抑制性等性能；(3)该滤波器通过调节金属贴片刻蚀的矩形槽间距的大小、位置及中间四个小的金属通孔的位置，便于调节滤波器的通带性能。

附图说明

图1是本发明圆形基片集成波导带通滤波器的结构图，其中(a)为侧视图，(b)为介质基板的俯视图，(c)为介质层的上表面电路图，(d)为介质层的下表面电路图。

图2是本发明圆形基片集成波导带通滤波器的s参数图。

图3是本发明圆形基片集成波导带通滤波器与传统圆形基片集成波导带通滤波器的s参数比较图。

具体实施方式

本发明圆形siw滤波器相较于传统矩形siw滤波器尺寸便于调节，实现形式更加灵活。为了更好地调节圆形siw带通滤波器的性能，采用扩展矩形腔的结构，不仅拓宽了带宽，也提高了滤波器的通带性能和带外抑制性能。

结合图1，本发明圆形基片集成波导带通滤波器，包括由上至下设置的上层金属贴片1、介质基片3、下层金属贴片2；

所述上层金属贴片1的中部为圆形贴片11，圆形贴片11中心设有一个第一金属通孔111，第一金属通孔111的上、下两侧分别设置两个第二金属通孔112，第一金属通孔111的直径大于第二金属通孔112；

圆形贴片11的左、右两侧分别通过第一共面波导71、第二共面波导72过渡为第一微带线61、第二微带线62，第一微带线61连接输入端4、第二微带线62连接输出端5；

圆形贴片11上、下两侧分别连接一个矩形贴片12，圆形贴片11中沿着圆周边线设有一排第三金属通孔113，矩形贴片12中沿着不与圆形贴片11连接的三侧边线分别设有一排第四金属通孔121；每个金属通孔从上至下依次贯穿上层金属贴片1、介质基片3、下层金属贴片2；

圆形贴片11上刻蚀4组第一矩形槽115、第二矩形槽118和圆弧形槽114，圆弧形槽114沿着第三金属通孔113的内侧设置，第一矩形槽115与圆弧形槽114相连，第一矩形槽115、第二矩形槽118沿着圆形贴片11的径向设置，将圆形贴片11均分成四部分。

作为一种具体示例，所述圆形贴片11的宽度即圆形贴片11的圆心到圆形贴片11圆周处的第三金属通孔113的圆心间的距离，采用面积等效法确定，根据以下公式确定矩形谐振腔的尺寸：

式中，fc为圆形基片集成波导带通滤波器的截止频率，v为光在介质基片3中的传播速度，λc为截止频率fc所对应的波长，aequ为矩形贴片12的等效宽度，asiw为矩形谐振腔的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，εr为介质基片3的介电常数，d为第三金属通孔113、第四金属通孔121的直径，p为矩形贴片12上相邻第四金属通孔121之间的距离1211。

作为一种具体示例，所述圆形贴片11中心第一金属通孔111上下两侧的4个第二金属通孔112，以第一金属通孔111的圆心为中心对称分布，且第一金属通孔111与第二金属通孔112圆心之间的距离为0.89mm。

本发明采用圆形基片集成波导结构，可以实现体积小、低功耗且易于调节的特性；通过调节矩形贴片上下两侧金属通孔的位置，便与调节滤波器的选择性和带外抑制性等性能；通过调节金属贴片刻蚀的矩形槽间距的大小、位置及中间四个小的金属通孔的位置，便于调节滤波器的通带性能。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

结合图1，本发明基片集成波导带通滤波器，包括上层金属贴片1、介质基片3、下层金属贴片2；所述上层金属贴片1的中部为圆形贴片11，圆形贴片11中心设有一个第一金属通孔111，第一金属通孔111的上、下两侧分别设置两个第二金属通孔112，第一金属通孔111的直径大于第二金属通孔112；圆形贴片11的左、右两侧分别通过第一共面波导71、第二共面波导72过渡为第一微带线61、第二微带线62，第一微带线61连接输入端4、第二微带线62连接输出端5；圆形贴片11上、下两侧分别连接一个矩形贴片12，圆形贴片11中沿着圆周边线设有一排第三金属通孔113，矩形贴片12中沿着不与圆形贴片11连接的三侧边线分别设有一排第四金属通孔121；每个金属通孔从上至下依次贯穿上层金属贴片1、介质基片3、下层金属贴片2；圆形贴片11上刻蚀4组第一矩形槽115、第二矩形槽118和圆弧形槽114，圆弧形槽114沿着第三金属通孔113的内侧设置，第一矩形槽115与圆弧形槽114相连，第一矩形槽115、第二矩形槽118沿着圆形贴片11的径向设置，将圆形贴片11均分成四部分。

本发明基片圆形基片集成波导带通滤波器的参数设计过程如下：

(一)介质层3的厚度范围为0.508mm、介电常数范围为2.2。

(二)第二金属通孔112的位置及矩形贴片12上下两层的第四金属通孔121的位置，使所设计圆形基片集成波导带通滤波器的截止频率具有高选择性；

(三)根据截止频率fc来确定基片集成波导带通滤波器中所述圆形贴片11的宽度即圆形贴片11的圆心到圆形贴片11圆周处的第三金属通孔113的圆心间的距离，采用面积等效法，根据以下公式确定矩形谐振腔的尺寸：

式中，fc为圆形基片集成波导带通滤波器的截止频率，v为光在介质基片3中的传播速度，λc为截止频率fc所对应的波长，aequ为矩形贴片12的等效宽度，asiw为矩形谐振腔的实际宽度，c为光在真空中传播的速度，εr为介质基片3的介电常数，d为第三金属通孔113、第四金属通孔121的直径，p为矩形贴片12上相邻第四金属通孔121之间的距离1211。

确定等效矩形谐振腔的尺寸，采用面积等效法，确定所述圆形贴片11的宽度即圆形贴片11的圆心到圆形贴片11圆周处的第三金属通孔113的圆心间的距离。

(四)在圆形贴片11的左、右端有第一共面波导71、第二共面波导72，优化第一共面波导71、第二共面波导72的尺寸使得第一微带线61、第二微带线62和圆形基片集成波导带通滤波器的阻抗匹配；

(五)圆形贴片11上刻蚀4组第一矩形槽115、第二矩形槽118和圆弧形槽114，圆弧形槽114沿着第三金属通孔113的内侧设置，第一矩形槽115与圆弧形槽114相连，第一矩形槽115、第二矩形槽118沿着圆形贴片11的径向设置，将圆形贴片11均分成四部分，优化金属贴片11上刻蚀的第一矩形槽115与第二矩形槽118的间距117，使滤波器通带特性满足设计要求；

(六)分别对矩形贴片12上第四金属通孔121的位置和间距1211、圆形贴片11上第三金属通孔113之间的角度116以及第一共面波导71、第二共面波导72优化后，最后对滤波器整体进行优化和调试，使其性能要求满足设计指标。

结合图1，本发明圆形基片集成波导带通滤波器，下面设计了一个截止频率fc为26ghz的圆形基片集成波导带通滤波器，带内回波损耗小于-15db，带外插值损耗小于-50db。介质基片3的材料为rogerrt5880，介电常数εr＝2.2，介质基片3的厚度h＝0.508mm；第三金属通孔113、第四金属通孔121的直径d＝0.6mm，第一金属通孔111的直径d＝0.8mm，相邻第四金属通孔121圆心之间距离为p1211＝0.63mm，相邻第三金属通孔113圆心之间弧度116＝8°；共面波导71＝72＝2mm。

图2是本发明圆形基片集成波导带通滤波器的s参数图，圆形基片集成波导带通滤波器的上边带为36ghz，在10～38ghz宽的频带内没有寄生通带。

图3是本发明圆形基片集成波导带通滤波器与传统圆形基片集成波导带通滤波器的s参数比较图。传统圆形基片集成波导带通滤波器带宽较窄且高频处带外截止性能差；本发明中圆形基片集成波导带通滤波器实现了从23ghz开始到30ghz频带范围内很好的通带特性，且在截止频率处有很好的带外截止特性，选择性能好。

综上所述，本发明圆形基片集成波导带通滤波器结构简单，易于加工实现，具有良好的通带特性，同时带外抑制性能大大提高。