一种E波段低损耗EBG多层集成带通滤波器的制作方法

本发明涉及射频技术领域，特别是一种e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器。

背景技术：

电磁带隙结构，又称“电磁晶体”，是一种介质在另一种介质中周期排列所组成的周期结构。其基本工作原理是电磁波在具有周期结构的介电材料中传播时，会受到调制，形成能带结构，能带结构之间可能出现带隙。当电磁波的工作频率落在带隙中时，由于带隙中没有任何态存在，因而任何方向的入射波都会发生全反射。因此，电磁带隙结构具有带阻特性。同时，电磁带隙结构还改变通带内的传播常数，是一种慢波结构。由于电磁带隙结构的以上特点，使它在许多方面得到了应用。平面电磁带隙结构由于便于集成，因而在微波和毫米波集成电路中得到了广泛的应用。

电磁带隙的产生主要受以下几个因素的影响：两种介质的介电常数比，晶格结构及填充率。介电常数比愈大，愈容易得到电磁带隙。根据能隙空间分布的特点，电磁带隙结构从一维到三维，都可存在周期性的结构。目前，在微波领域应用的主要是一维和二维的电磁带隙结构。在微带电路设计中，一些不需要的频率信号，通常可以通过加短路调谐分支来实现滤波，但是这种方法是窄带的。电磁带隙结构的出现后，人们利用电磁带隙结构的阻带特性，设计出具有宽阻带的电磁带隙结构微带线，且占用面积大为减小。针对微带线提出了一种新的电磁带隙结构，不需要在介质基板上打孔，只需在接地金属板上刻蚀出周期结构，就可实现电磁晶体的性能。

正是这种新颖制作方法的提出，使得人们采用普通的机械加工工艺就能非常容易制备电磁带隙结构，这大大促进了电磁带隙结构在微波电路的应用。如用来制作高值谐振器，与功放电路结合抑制谐波，提高功放的输出功率和效率，制作高性能滤波器和微带天线等。现在电磁带隙结构研究的主要发展趋势有小型化。随着电子设备集成度越来越高以及可移动设备和便携式设备的发展，要求电路中各种器件具有小尺寸。最早的电磁带隙结构其单元尺寸多为带隙波长的，近来提出的许多电磁带隙结构单元尺寸都远小于带隙波长的多层结构的实现。现在电路中越来越多的使用多层电路板，为了在这些电路中使用电磁带隙结构，有必要发展具有多层结构的电磁带隙。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：为了解决现有的传统腔体滤波器尺寸较大、通带不可独立控制、选择性不高，难加工等问题，提供了一种e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器。

本发明采用的技术方案如下：一种e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器，包括由多层二维结构的电磁带隙结构单元贴片叠层构成的三维结构，相邻的磁带隙结构单元贴片之间具有间隙，每一个电磁带隙结构单元贴片中心具有耦合孔，所述耦合孔的尺寸沿叠层方向渐变。

进一步的，所述每一个电磁带隙结构单元贴片蚀刻了周期性的电磁带隙结构，所述电磁带隙结构包括分布在耦合孔周围的两个等边三角形和十个周期性矩形。

进一步的，所述每一个电磁带隙结构单元贴片还设置了固定孔和法兰孔。

进一步的，所述电磁带隙结构单元贴片由介质板上化学腐蚀、或激光打孔、或离子束刻蚀的方法实现。

进一步的，所述耦合孔为矩形孔。

进一步的，所述矩形孔的中心和电磁带隙结构单元贴片中心重合，通过调节矩形孔的长度和宽度来调节耦合系数。

进一步的，所述三维结构包括19层电磁带隙结构单元贴片叠层构成。

进一步的，所述间隙为空气间隙。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

1、本发明采用渐变式电磁带隙结构单元贴片叠层结构实现三维的腔体结构，比传统腔体滤波器更容易加工且节约成本。

2、应用于高频段的滤波器由于器件尺寸小、要求精度高，对腔体加工精度高，渐变式腔体难以实现。采用本发明叠层的ebg结构，可以先计算出每个电磁带隙结构单元贴片的尺寸进行加工再进行叠层，使叠层后的腔体尺寸满足设计需要，这样解决了加工精度的难题，使得产品易加工且加工精度有保证。

3、本发明的ebg多层集成带通滤波器，采用多层叠层来集成垂直耦合的方式，在实现带通滤波器的同时，由于采用垂直结构，尤其是在进行高阶设计时滤波器的平面尺寸大大减小，有利于小型化设计。

4、本发明二维的周期单元组成的电磁带隙材料和三维结构，可以在一定频带内阻止电磁波在某个方向上的传播或者所有方向上的传播。使得电磁带隙结构具有独特的选频特性。

5、本发明的ebg多层集成带通滤波器，实现了高频段、低损耗的优点。

附图说明

图1是本发明e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器的其中一种实施例示意图。

图2是实施例中e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器回波损耗的仿真与测试结果。

图3是实施例中e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器插入损耗的仿真与测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，该实施例提供一种e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器，该带通滤波器包括下层金属板、中间层金属板和上层金属板，金属板上下堆叠设置，每个金属板为一个电磁带隙结构单元贴片，即实现电磁带隙结构单元贴片叠层设置，且相邻金属层之间具有间隙。该滤波器不同于现有的传统滤波器，该滤波器利用ebg多层集成技术，无介质损耗，具有高q性能，能够应用于毫米波或者更好的频段。

如图1所示，多层集成带通滤波器由上层金属板01、中间层金属板02～18、下层金属板19组成，每个金属板之间具有空气间隙，由周期性通孔(三角形和矩形)构成电磁带隙结构，防止电磁能量扩散。

周期性电磁带隙结构包括10个周期性的矩形，两个等边三角形，且通过仿真实验确定了矩形、等边三角形的边长和单元的相对位置，仿真过程是本领域技术人员的现有技术，矩形、等边三角形的尺寸参数和周期性的相对位置决定了滤波器的频率选择特性。

如图1所示，上层金属板01上开有开孔41，每层金属板都具有开孔，开孔连通上下层金属层，叠层后所有层的开孔形成耦合腔体，能够实现上下层金属板的电磁能量耦合。上层金属板01、下层金属板19能量耦合的方式为混合耦合，通过中间层金属板02～18的开孔实现能量耦合。

如图1所示，开孔41可选择为矩形开孔，开孔41中心在金属板的中心上，其中，通过调整开孔41相对于金属板的中心偏移及开孔41宽度，调整磁耦合分量，通过调整开孔41的长度调整电耦合分量，即本发明设计时能够灵活控制耦合系数。上述调整时，根据需要在设计时进行调整并实验。

金属板01包括四个标准法兰孔21，法兰孔22，法兰孔23，法兰孔24；和四个固定孔31，固定孔32，固定孔33，固定孔34。每层金属板01～19在相同位置都有相同孔，用于固定和安装法兰。

上层金属板到下层金属板的周期性ebg结构都采用渐变式方式进行微调满足技术指标。周期性电磁带隙结构单元贴片的渐变技术是根据阵列理论(如二项式阵列,切比雪夫阵列,和泰勒阵列)计算渐变的ebg结构的传输特性。此处不在赘述。

图2和3为本实施例的e波段低损耗ebg多层集成带通滤波器回波损耗和插入损耗的仿真与测试结果，其中横坐标frequency是频率，纵坐标s-parameters参数是损耗，虚线sim代表指仿真结果，实线meas代表测试结果；该滤波器通带中心频率为73.5ghz，通带带宽为5ghz，通带内回波损耗小于-20db，通带内插入损耗为0.65db。

与现有技术相比，本实施例的设计方案使得谐振器长度远小于1/4波长；将谐振器设置于不同高度的平面上，以充分利用纵向空间，在保证相同耦合量的同时，缩短横向间距，使得该叠层片式带通滤波器具有集成度更高、体积小、通带插入损耗小、阻带抑制高、可靠性高等特点；并且使用低温共烧陶瓷技术加工时，加工工艺简单、成本较低。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。