一种单腔基片集成波导多传输零点滤波器的制作方法

本发明涉及无线移动通信领域的频率选择性元器件领域，特别涉及一种单腔基片集成波导多传输零点滤波器。

背景技术：

随着移动通信和卫星通信等方面的迅猛发展，对微波集成电路提出了更高的要求。高可靠的设备要求微波集成电路在满足电气性能指标的同时，应尽可能减小电路占用面积。

现今，随着通信技术的发展，频率资源越来越紧张，由于频谱资源的不可再生性，滤波器的角色更显关键。在现代微波通信系统中，尤其是卫星通信和移动通信系统中，对高品质因数(Q值)、等时延、带内低插入损耗、带外高抑制特性的窄带带通滤波器的需求越来越大。其中高品质因数和等时延不会对信号的相位产生影响；较低的带内插损则不会在过滤信号时对有用的频谱产生影响；带外较高的抑制特性则会对无用的频谱信号进行抑制，从而使得获取的信号更容易被识别，不会为噪声所影响。

普通类型的微波滤波器，诸如最平坦(Butterworth)型和契比雪夫(Chebyscheff)型滤波器，已经不能满足这些要求。椭圆或准椭圆型滤波器因其具有有限频率传输零点而在通带和阻带都有较好的性能，故能满足系统日益提高的要求。

现今，应用于移动和无线通信系统的频率相对较低，从而使得微带滤波器在电路设计中占据了较为主要的地位，这主要是因为其具有低成本，高品质因数，易加工等优点。在传统的耦合谐振器滤波器中，需要在不相邻的谐振器间引入交叉耦合来得到传输零点，这就意味着零点的数目和谐振器的数目是成正比的。因此，在通过引入多个传输零点来改善其频选特性的同时，会由于多个谐振器的存在造成电路面积的增大和通带内插入损耗的恶化。

经对现有的基片集成波导滤波器进行检索后发现，为了实现小型化，将基片集成波导垂直堆叠，如IEEE TRANS.ON MICROWAVE AND THEORY TECHNOLOGY第55卷中发表的滤波器(Design of vertically stacked waveguide filters in LTCC)一文，通过级联四个基片集成波导谐振器来获取准椭圆特性，从而达到改善边带陡峭性的目的。然而，其需要多层工艺才能实现，通带的寄生特性较差，对于无用信号即噪声的抑制度不够。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种单腔基片集成波导滤波器，在不增加原有电路的面积基础上，仅仅通过加载微带谐振器，从而实现特定的耦合拓扑，大大改善了其频率选择性。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种单腔基片集成波导滤波器，其包括：依次堆叠的顶面金属层、中间介质板以及底面金属层，其中，

所述顶面金属层上设置有：输入微带线、输出微带线、双模微带谐振器、交指型槽线以及垂直槽线，所述垂直槽线沿所述顶面金属层的竖直中心线方向设置，所述双模微带谐振器与所述垂直槽线的一端相连，所述交指型槽线与所述垂直槽线交叉设置；

所述中间介质板上设置有金属化过孔，所述中间介质板与所述顶面金属层之间形成基片集成波导腔；

所述顶面金属层用于在高低边带获取至少四个传输零点。

较佳地，所述双模微带谐振器包括：两个开口谐振环，两个所述开口谐振环呈T字型排布。

较佳地，所述双模微带谐振器关于所述顶面金属层的竖直中心线对称。

较佳地，所述输入微带线与所述输出微带线关于所述顶面金属层的竖直中心线对称。

较佳地，所述交指型槽线与所述垂直槽线垂直交叉设置。

较佳地，所述输入微带线和所述输出微带线的一端悬空，用于焊接SMA接头进行测试。

较佳地，所述垂直槽线的长度和宽度用于控制谐波抑制的抑制度。

较佳地，所述交指槽线的长度和宽度用于控制所述传输零点的位置。

较佳地，所述双模谐振器的长度和宽度用于控制单腔基片集成波导滤波器的带宽。

较佳地，所述双模微带形为刻蚀所述顶面金属层所形成。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的单腔基片集成波导多传输零点滤波器，在不增加原有电路的面积基础上，仅仅通过加载微带谐振器，从而实现特定的耦合拓扑，大大改善了其频率选择性；

(2)本发明的单腔基片集成波导多传输零点滤波器，在高低边带各获得了至少两个传输零点，在高边带获得了第二个传输零点，对第一个寄生通带进行了抑制，即本发明的滤波器同时具有较好的谐波抑制特性；

(3)本发明中的微带谐振器，通过刻蚀基片集成波导上表面的金属层实现，因此，本电路结构具有成本低、简便易行的优点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的实施例的单腔基片集成波导多传输零点滤波器的结构示意图；

图2为本发明的实施例的单腔基片集成波导多传输零点滤波器的俯视透视图；

图3为本发明的实施例的单腔基片集成波导多传输零点滤波器的尺寸标示图；

图4为本发明的实施例的图3中的L5变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况；

图5为本发明的实施例的图3中的L2、L7变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况；

图6为本发明的实施例的图3中的L7变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况；

图7为本发明的实施例的图3中的diff变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况；

图8为本发明的实施例的输入端口到输入端口的传输特性曲线|S11|及输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况；

图9为本发明的实施例的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况。

标号说明：1-顶面金属层，2-中间介质板，3-底面金属层，4-基片集成波导腔；

11-输入微带线，12-输出微带线，13-双模微带谐振器，14-交指型槽线，15-垂直槽线；

131-谐振环，132-谐振环；

21-金属化过孔。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

结合图1-图9，对本发明的单腔基片集成波导多传输零点滤波器进行详细描述，其结构示意图如图1所示，如图2为图1的俯视透视图，其包括：依次堆叠设置的顶面金属层1、中间介质板2以及底面金属层3。其中，中间介质版2上设置有沿边缘阵列化分布的金属化过孔，通过金属化过孔与顶面金属层1之间形成基片集成波导腔4。顶面金属层1上设置有输入微带线11、输出微带线12、双模微带谐振器13、交指型槽线14以及垂直槽线15，垂直槽线15沿顶面金属层的竖直中心线方向设置，双模微带谐振器13与垂直槽线15的一端相连，交指型槽线14与垂直槽线15交叉设置。

本实施例通过交指型槽线和垂直槽线的设置，在高低边带获得了额外的传输零点，在高低边带各获得了至少两个传输零点，在高边带获得了第二个传输零点，对第一个寄生通带进行了抑制，使该滤波器同时具有较好的谐波抑制特性；且在不增加原有电路的面积基础上，仅仅通过加载双模微带谐振器，从而实现特定的耦合拓扑，大大改善了其频率选择性。

本实施例中，输入微带线11及输出微带线12的一端悬空，用于焊接SMA接头进行测试。

从图2可看出，本实施例中，交指型槽线14和垂直槽线15为垂直交叉设置；双模微带谐振器13包括两个开口谐振环131、132，开口谐振环131和132呈T字型排布，且131和垂直槽线15垂直分布，双模微带谐振器13关于顶面金属层1的竖直中心线(即Y轴)呈对称分布；输入微带线11和输出微带线12关于顶面金属层1的竖直中心线呈对称分布，这样设置能够减少设计变量，便于结构优化。

单腔基片集成波导多传输零点滤波器的顶面金属层的各结构的尺寸对滤波器的各项特性有非常大的影响，下面通过分析各结构的尺寸对滤波器的影响，可以根据分析结构来设置合适的尺寸，已得到理想的滤波器。如图3所示为顶面金属层上的各结构的尺寸标示图，其中标出了：谐振环132的右侧臂长L1、垂直槽线的长度L2、输出微带线的设置有凸出的一端到金属化过孔的距离L3、输出微带线12的一端设置的凸出的垂直高度L4、谐振环131的长度L5、左右两侧的金属化过孔之间的水平距离L6以及交指型槽线14的水平长度L7，还有：输入微带线11的宽度wid、谐振环132的中心到顶面金属层1的水平中心线之间的距离diff以及输出微带线12到顶面金属层1的水平中心线之间的距离diff2。上述这些参数都对滤波器的特性有一定的影响，可以根据不同的需求，选择合适的尺寸。

左右两侧的金属化过孔之间的水平距离L6对基片集成波导腔的谐振频率有一定的影响，可以根据需要的频率选择合适的尺寸；

谐振环132的右侧臂长L1以及谐振环131的长度L5可以影响双模谐振器的谐振频率，也即控制滤波器的带宽，可以根据需要选择合适的尺寸使其工作在特定的频率；如图4给出了L5变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况，可看出L5越小，则带宽越大；

输出微带线12到顶面金属层1的水平中心线之间的距离diff2可以控制传输零点在高低边带的位置；

垂直槽线15的长度L2主要用于控制寄生通带的抑制度，如图5给出了L2、L7变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况，可看出当L2为5mm时，寄生通带被抑制；

交指型槽线14的水平长度L7，用于实现输入端口和输出端口之间的耦合强度，也即控制传输零点在高低边带的位置，如图6给出了L7变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况，可看出随着L7的减小，第三个传输零点位置向高频移动；

谐振环132的中心到顶面金属层1的水平中心线之间的距离diff也用于控制传输零点在高低边带的位置，如图7给出了diff变化时，滤波器的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况，可看出对着diff减小，第一和第二个传输零点抑制度分别变低和变高，同时第三、四个传输零点向低频移动。

图8给出了测试的窄带传输和回波损耗结果，图8为输入端口到输入端口的传输特性曲线|S11|及输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的变化情况，可以得到两对传输零点分别位于高、低边带，大大改善了其频率选择性。图9为图8中的输入端口到输出端口的传输特性曲线|S21|的完整图，即给出了该滤波器的宽带频率响应，通过第四个传输零点抑制了第一个寄生通带，大大改善了其阻带特性。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。