一種介質加載的基片集成波導毫米波濾波器的製作方法

2023-06-04 20:08:16

本實用新型涉及電子通信技術領域，特別是一種介質加載的基片集成波導毫米波濾波器。

背景技術：

基片集成波導(Substrate Integrated Waveguide，SIW) 是一種近年來發展起來的一種新型導波結構，具有高Q值、高功率容量及易於與各種平面電路集成之優點，因而被廣泛地得到應用。濾波器作為微波毫米波系統的關鍵部件之一，對其成本、體積、重量及可靠性的要求愈來愈高。為此，研製基於SIW技術的毫米波濾波器可以實現器件小型化，降低生產成本，減少調試工作，便於大批量生產。

在SIW基的微波濾波器設計中，傳統窄帶濾波器通常採用腔體耦合結構的形式，因此無法在較小的階數內實現良好的選擇性，為解決這個問題，有學者提出能實現交叉耦合的多層摺疊結，通過簡單的開槽方式方便地實現負耦合，然而增加了設計及製造工藝的複雜度，引入了大量製造誤差，不適用於毫米波頻段。

技術實現要素：

本實用新型的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供了一種介質加載的基片集成波導毫米波濾波器。

本實用新型採用的技術方案是這樣的：一種介質加載的基片集成波導毫米波濾波器，具體包括電路板、金屬化通孔、微帶線和介質柱，所述電路板為正方形，沿著所述電路板的四條邊在電路板的正表面和反表面之間設置四排金屬化通孔陣列，所述電路板的一條對角線上具有兩個圓柱形的介質柱，所述兩個介質柱關於電路板另一條對角線對稱，所述介質柱與電路板邊緣的距離大於金屬化通孔與電路板邊緣的距離，所述電路板的兩條相互垂直的邊上分別具有矩形缺口，所述矩形缺口處分別引出相同的第一微帶線和第二微帶線，所述第一微帶線和第二微帶線的長度大於矩形缺口的深度，所述電路板的正表面和反表面除了金屬化通孔的部分均具有金屬銅箔層。

進一步的，所述第一微帶線和第二微帶線呈90°。

進一步的，所述電路板的邊長L最優取值範圍為3.9mm~4mm，厚度為0.254mm。進一步的，所述電路板採用Rogers 5880基板。

進一步的，所述介質柱採用釔鐵石榴石介質柱。

進一步的，所述介質柱的高度與電路板厚度相同，所述介質柱的直徑為0.4mm。

進一步的，所述介質柱在腔體內激勵起的主模為TM010。

進一步的，所述介質柱中心與電路板邊緣的距離為0.8mm。

進一步的，除了矩形缺口側的兩個金屬化通孔，所述金屬化通孔的孔中心間距為0.6mm，所述金屬化通孔總共具有22個，所述具有矩形缺口的電路板邊緣比不具有矩形缺口的電路板邊緣的金屬化通孔數量少1。

進一步的，所述第一微帶線和第二微帶線的兩側均與矩形缺口形成耦合縫隙，所述耦合縫隙的長度方向與第一微帶線或者第二微帶線的方向一致，所述耦合縫隙的長度為0.5mm，所述耦合縫隙的寬度為0.1mm。

進一步的，所述第一微帶線和第二微帶線超過電路板邊緣的部分為耦合線，所述耦合線的長度2.0mm，所述耦合線的寬度為0.76mm。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型提出了一種工作在毫米波頻段的窄帶濾波器，採用釔鐵石榴石（YIG）介質柱加載結構在腔內激勵起雙模，很好地實現了濾波器結構的小型化，有效地解決了傳統微波窄帶腔體耦合結構濾波器工作頻率低、損耗大、選擇性差等技術難題；

2.本實用新型濾波器的輸入輸出饋電微帶線互相垂直，在不需要佔用新的結構空間下產生傳輸零點，可有效地改善濾波器的插損、選擇性及帶外抑制特性等指標；

3.本實用新型電路簡單，結構緊湊，易於加工，複製性好，便於大批量生產，降低成本；

4.本實用新型濾波器採用廣義切比雪夫濾波器，通帶帶外抑制性能得到顯著提高；

5.本實用新型改變濾波器中所加載的圓柱形介質柱直徑的大小，可以調節濾波器的中心頻率，改善濾波器通帶性能，本實用新型提供的介質柱直徑大小為經過研究後獲取的優化值；

6.本實用新型中改變兩個饋電帶線的耦合縫隙寬度和長度可以在一定範圍內實現對濾波器通帶的調節，本實用新型的耦合縫隙寬度和長度是經研究後獲取的優化值。

附圖說明

圖1是本實用新型介質加載的基片集成波導毫米波濾波器的結構示意圖。

圖中標記：1-金屬化通孔，2-介質柱，3-第一微帶線，4-第二微帶線，L-電路板的邊長，d1-介質柱中心與電路板邊緣的距離，D-介質柱的直徑，P-金屬化通孔的孔中心間距，s-耦合縫隙的寬度，t-耦合縫隙的長度，w-耦合線的寬度，LP-耦合線的長度。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

一種介質加載的基片集成波導毫米波濾波器，具體包括電路板、金屬化通孔1、微帶線和介質柱2，所述電路板為正方形，沿著所述電路板的四條邊在電路板的正表面和反表面之間設置四排金屬化通孔陣列，所述電路板的一條對角線上具有兩個圓柱形的介質柱2，所述兩個介質柱2關於電路板另一條對角線對稱，所述介質柱2與電路板邊緣的距離大於金屬化通孔1與電路板邊緣的距離，所述電路板的兩條相互垂直的邊上分別具有矩形缺口，所述矩形缺口處分別引出相同的第一微帶線3和第二微帶線4，所述第一微帶線3和第二微帶線4的長度大於矩形缺口的深度，所述電路板的正表面和反表面除了金屬化通孔的部分均具有金屬銅箔層。本方案採用單層平面電路結構，簡化了製造工藝，降低了設計和加工成本；通過採用在電路板的對角線上設置2個圓形的介質柱2，通過內擾動激勵起雙模，實現了一種工作在毫米波頻段的窄帶濾波器，與傳統的濾波器相比，電路板尺寸可以減小到60%；而且通過一腔雙模實現交叉耦合，有效地解決了傳統微波窄帶腔體耦合結構濾波器工作頻率低、損耗大、選擇性差等技術難題。

所述第一微帶線3和第二微帶線4呈90°；所述第一微帶線3和第二微帶線4的特性阻抗均為50歐姆。所述第一所述第一微帶線3和第二微帶線4相互垂直，使濾波器在不需要佔用新的結構空間下產生傳輸零點，可以有效地改善濾波器的諧波抑制特性。

所述電路板的邊長L最優取值範圍為3.9~4mm，厚度為0.254mm。所述電路板採用Rogers 5880基板。電路板的邊長L影響著毫米波濾波器的中心頻率，需要仔細優化選擇來獲取。而且，本實用新型的濾波器採用廣義切比雪夫濾波器，通帶帶外抑制性能得到顯著提高。

所述介質柱2採用釔鐵石榴石介質柱。所述介質柱2的高度與電路板厚度相同，所述介質柱2的直徑D為0.4mm。所述介質柱2中心與電路板邊緣的距離d1為0.8mm。所述介質柱2的直徑的改變可以調節濾波器的中心頻率，改善濾波器通帶性能，本實用新型提供的介質柱的直徑D取值是經過研究後獲取的優化值。

除了矩形缺口側的兩個金屬化通孔，其餘的金屬化通孔的孔中心間距P為0.6mm，所述金屬化通孔2總共具有22個，所述具有矩形缺口的電路板邊緣比不具有矩形缺口的電路板邊緣的金屬化通孔數量少1。相互垂直的兩條電路板邊緣上的兩排金屬化通孔具有一個共用的金屬化通孔，所述共用的金屬化通孔位於對應每排金屬化通孔的端部。

所述第一微帶線3和第二微帶線4的兩側均與矩形缺口形成耦合縫隙，所述耦合縫隙的長度方向與第一微帶線3或者第二微帶線4的方向一致，所述耦合縫隙的長度t為0.5mm，所述耦合縫隙的寬度s為0.1mm。所述第一微帶線3和第二微帶線4超過電路板邊緣的部分為耦合線，所述耦合線的長度LP為2.0mm，所述耦合線的寬度w為0.76mm。上述結構尺寸均通過電磁場仿真軟體優化得到，使濾波器帶寬、損耗及回波等指標最優。所述介質加載的基片集成波導毫米波濾波器在56.1 ~56.8 GHz內帶內插損小於2.0 dB, 回波損耗優於-13 dB；帶外抑制在遠端≥62dB，近端≥40dB。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。