多層六邊形基片集成波導濾波器的製造方法

2023-06-17 05:14:41 1

多層六邊形基片集成波導濾波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種選擇性高且損耗低、體積小的多層六邊形基片集成波導濾波器。該濾波器包括依次層疊設置第一金屬層、第一介質基板、第二金屬層、第二介質基板、第三金屬層，所述第一介質基板上設置有第一諧振腔和第四諧振腔，所述第二介質基板上設置有第二諧振腔和第三諧振腔，在第二介質基板上設置有「2」字形混合耦合槽，所述「2」字形混合耦合槽位於第二諧振腔與第三諧振腔之間。該濾波器可以增加一個額外傳輸零點，因此，無需增加過多的濾波器的級數，便可以提高濾波器的帶外選擇性，且該傳輸零點位置可以通過調整電耦合和磁耦合係數的大小進行靈活控制，同時，該濾波器的體積小、損耗低，適合在微波毫米波【技術領域】推廣應用。
【專利說明】多層六邊形基片集成波導濾波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及微波毫米波【技術領域】，具體涉及一種多層六邊形基片集成波導濾波器。
【背景技術】
[0002]濾波器是微波電路中的基本組成單元，其性能好壞直接影響到整個系統的性能。傳統的濾波器一般分為平面微帶或帶線結構濾波器和金屬波導結構濾波器。平面微帶/帶線結構濾波器雖然易於集成，但佔用面積大，損耗大，Q值低。金屬波導結構濾波器雖然具有插損小，品質因素高，選擇性好等特點，但是體積大、加工調試麻煩，且不利於與有源電路基板集成。
[0003]基於基片集成波導技術的濾波器在保留了金屬波導結構濾波器Q值高、選擇性好的特點的同時，還兼具了平面微帶或帶線結構濾波器的易於集成、成本低、加工方便等優勢，在近幾年受到了廣泛的關注。傳統的基片集成波導濾波器結構的設計基本都基於矩形諧振腔及圓形諧振腔。兩者比較而言，矩形諧振腔結構靈活，易於設計，但Q值相對不高，圓形諧振腔Q值高，但在結構設計上卻不夠靈活。六邊形諧振腔兼具了矩形諧振腔的結構靈活和圓形諧振腔Q值高的優點，可以拓展了基片集成波導濾波器設計手段和方法。
[0004]另一個方面，現代微波通信的迅速發展對濾波器的體積和選擇性提出了更高的要求。傳統的交叉耦合基片集成波導濾波器通過在諧振腔之間建立交叉耦合路徑，N階濾波器可以產生N-2個傳輸零點。但日益匱乏的頻譜資源及日益苛刻的系統指標，對濾波器的傳輸零點及選擇性要求更高，單純依靠交叉耦合技術來設計濾波器顯然無法滿足需求。同時，系統高集成化的發展趨勢，也促使傳統的平面結構基片集成波導濾波器向多層、三維結構和高密度集成方向發展。實現濾波器高選擇性的常用方法是增加濾波器的級數，從而產生更多的傳輸零點以增加阻帶的陡峭度，提高帶外選擇性，但該方法會導致濾波器體積增大及設計難度增大，同時損耗也會隨之變高，直接影響了系統整體的選擇性、噪聲係數、增益和靈敏度等指標。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種選擇性高且損耗低、體積小的多層六邊形基片集成波導濾波器。
[0006]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是:該多層六邊形基片集成波導濾波器，包括依次層疊設置第一金屬層、第一介質基板、第二金屬層、第二介質基板、第三金屬層，所述第一介質基板上設置有貫穿於第一介質基板的第一金屬化通孔陣列，所述第一金屬化通孔陣列與第一金屬層、第二金屬層共同圍成第一諧振腔和第四諧振腔，所述第一諧振腔與第四諧振腔通過感性耦合窗相互耦合，所述第二介質基板上設置有貫穿於第二介質基板的第二金屬化通孔陣列，所述第二金屬化通孔陣列與第二金屬層、第三金屬層共同圍成第二諧振腔和第三諧振腔，第一諧振腔與第二諧振腔通過容性耦合圓孔相互耦合，第三諧振腔與第四諧振腔通過感性耦合槽相互耦合，在第一金屬層上設置有共面波導輸入端與共面波導輸出端，所述共面波導輸入端與共面波導輸出端分別對稱的設置在第一諧振腔的夕卜側與第四諧振腔的外側，在第二介質基板上設置有「2」字形混合耦合槽，所述「2」字形混合耦合槽位於第二諧振腔與第三諧振腔之間並且所述第二諧振腔與第三諧振腔通過「2」字形混合耦合槽相互耦合。
[0007]進一步的是，所述「2」字形混合耦合槽內埋於第二介質基板中央。
[0008]進一步的是，所述第一諧振腔、第二諧振腔、第三諧振腔、第四諧振腔均為六邊形諧振腔。
[0009]進一步的是,所述第一介質基板、第二介質基板為Ferro_A6M陶瓷基片。
[0010]本發明的有益效果:該多層六邊形基片集成波導濾波器的信號傳輸過程如下:首先，信號從輸入端輸入，然後分成兩路，一路通過第一諧振腔、第四諧振腔後從輸出端輸出；另一路信號則依次通過第一諧振腔、第二諧振腔、第三諧振腔和第四諧振腔後，從輸出端輸出，這兩路輸出信號在諧振頻率低端與諧振頻率高端均呈現180°相位差，從而在通帶兩端各形成一個傳輸零點，通過在第二諧振腔與第三諧振腔之間設置「2」字形混合耦合槽，從而可以增加一個額外傳輸零點，因此，無需增加過多的濾波器的級數，便可以提高濾波器的帶外選擇性，且該傳輸零點位置可以通過調整電耦合和磁耦合係數的大小進行靈活控制，滿足不同的使用需求，同時，該「2」字形混合耦合槽位於介質層中央，向空中輻射的電磁能量較少，可最大程度降低來自外界的幹擾，實用性更強，此外，由於減少了濾波器的級數，所以多層六邊形基片集成波導濾波器的體積小、損耗低，相比於傳統的多層六邊形基片集成波導濾波器更具優勢，而且本發明加工簡單，全部利用成熟的多層低溫共燒陶瓷工藝，精度高、性能穩定，易於批量生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明多層六邊形基片集成波導濾波器的結構示意圖；
[0012]圖2是本發明多層六邊形基片集成波導濾波器的第一金屬層的結構尺寸圖；
[0013]圖3是本發明多層六邊形基片集成波導濾波器的第二金屬層的結構尺寸圖；
[0014]圖4是本發明多層六邊形基片集成波導濾波器實施例的傳輸特性圖；
[0015]圖中標記說明:第一金屬層1、第一介質基板2、第二金屬層3、第二介質基板4、第三金屬層5、第一金屬化通孔陣列6、第一諧振腔7、第四諧振腔8、感性耦合窗9、第二金屬化通孔陣列10、第二諧振腔11、第三諧振腔12、「2」字形混合耦合槽13、容性耦合圓孔14、感性率禹合槽15、共面波導輸入端16、共面波導輸出端17。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0017]如圖1所示，該多層六邊形基片集成波導濾波器，包括依次層疊設置第一金屬層
1、第一介質基板2、第二金屬層3、第二介質基板4、第三金屬層5,所述第一介質基板2上設置有貫穿於第一介質基板2的第一金屬化通孔陣列6，所述第一金屬化通孔陣列6與第一金屬層1、第二金屬層3共同圍成第一諧振腔7和第四諧振腔8，所述第一諧振腔7與第四諧振腔8通過感性耦合窗9相互耦合，所述第二介質基板4上設置有貫穿於第二介質基板4的第二金屬化通孔陣列10，所述第二金屬化通孔陣列10與第二金屬層3、第三金屬層5共同圍成第二諧振腔11和第三諧振腔12，第一諧振腔7與第二諧振腔11通過容性耦合圓孔14相互耦合，第三諧振腔12與第四諧振腔8通過感性耦合槽15相互耦合，在第一金屬層I上設置有共面波導輸入端16與共面波導輸出端17，所述共面波導輸入端16與共面波導輸出端17分別對稱的設置在第一諧振腔7的外側與第四諧振腔8的外側，在第二介質基板4上設置有「2」字形混合耦合槽13，所述「2」字形混合耦合槽13位於第二諧振腔11與第三諧振腔12之間並且所述第二諧振腔11與第三諧振腔12通過「2」字形混合耦合槽13相互耦合。該多層六邊形基片集成波導濾波器的信號傳輸過程如下:首先，信號從輸入端輸入，然後分成兩路，一路通過第一諧振腔7、第四諧振腔8後從輸出端輸出；另一路信號則依次通過第一諧振腔7、第二諧振腔11、第三諧振腔12和第四諧振腔8後，從輸出端輸出，這兩路輸出信號在諧振頻率低端與諧振頻率高端均呈現180°相位差，從而在通帶兩端各形成一個傳輸零點，通過在第二諧振腔11與第三諧振腔12之間設置「2」字形混合耦合槽13，從而可以增加一個額外傳輸零點，因此，無需增加過多的濾波器的級數，便可以提高濾波器的帶外選擇性，且該傳輸零點位置可以通過調整電耦合和磁耦合係數的大小進行靈活控制，滿足不同的使用需求，同時，由於減少了濾波器的級數，所以多層六邊形基片集成波導濾波器的體積小、損耗低，相比於傳統的多層六邊形基片集成波導濾波器更具優勢，而且本發明加工簡單，全部利用成熟的多層低溫共燒陶瓷工藝，精度高、性能穩定，易於批量生產。
[0018]為了減少「2」字形混合耦合槽13向空中輻射的電磁能量，降低受外界影響的程度，使其具有更強的實用性，所述「2」字形混合耦合槽13內埋於第二介質基板4中央。
[0019]進一步的是，所述第一諧振腔7、第二諧振腔11、第三諧振腔12、第四諧振腔8均為六邊形諧振腔。六邊形諧振腔近似圓形腔的諧振特性，比矩形腔具有更高的無載品質因數，因此該濾波器與傳統的矩形腔基片集成波導濾波器相比，具有更小的插損，同時兼具矩形腔設計靈活的優點。
[0020]實施例
.[0021]該實施例中多層六邊形基片集成波導濾波器的第一介質基板2、第二介質基板4的材料為Ferix)-A6M陶瓷基片，相對介電常數ε r=5.9，損耗角正切0.0015，燒結後單層厚度為0.096mm。每層介質基板均由四層陶瓷基片構成,第一金屬層1、第二金屬層3、第三金屬層5的材料為金或銀，厚度8?12um，通孔填充材料為金或銀，通孔直徑0.17?0.22mm,孔間距0.45?0.65mm。該多層六邊形基片集成波導濾波器的具體結構尺寸標記如圖2、圖3所示，具體對應參數如下表所示:
[0022]
【權利要求】
1.多層六邊形基片集成波導濾波器，包括依次層疊設置第一金屬層(I)、第一介質基板(2)、第二金屬層(3)、第二介質基板(4)、第三金屬層(5)，所述第一介質基板(2)上設置有貫穿於第一介質基板(2)的第一金屬化通孔陣列(6)，所述第一金屬化通孔陣列(6)與第一金屬層(I)、第二金屬層(3)共同圍成第一諧振腔(7)和第四諧振腔(8)，所述第一諧振腔(7)與第四諧振腔(8)通過感性耦合窗(9)相互耦合，所述第二介質基板(4)上設置有貫穿於第二介質基板(4)的第二金屬化通孔陣列(10)，所述第二金屬化通孔陣列(10)與第二金屬層(3)、第三金屬層(5)共同圍成第二諧振腔(11)和第三諧振腔(12)，第一諧振腔(7)與第二諧振腔(11)通過容性耦合圓孔(14)相互耦合，第三諧振腔(12)與第四諧振腔(8)通過感性耦合槽(15)相互耦合，在第一金屬層(I)上設置有共面波導輸入端(16)與共面波導輸出端(17)，所述共面波導輸入端(16)與共面波導輸出端(17)分別對稱的設置在第一諧振腔(7)的外側與第四諧振腔(8)的外側，其特徵在於:在第二介質基板(4)上設置有「2」字形混合耦合槽(13)，所述「2」字形混合耦合槽(13)位於第二諧振腔(11)與第三諧振腔(12)之間並且所述第二諧振腔(11)與第三諧振腔(12)通過「2」字形混合耦合槽(13)相互耦合。
2.如權利要求1所述的多層六邊形基片集成波導濾波器，其特徵在於:所述「2」字形混合耦合槽(13)內埋於第二介質基板(4)中央。
3.如權利要求1或2所述的多層六邊形基片集成波導濾波器，其特徵在於:所述第一諧振腔(7)、第二諧振腔(11)、第三諧振腔(12)、第四諧振腔(8)均為六邊形諧振腔。
4.如權利要求3所述的多層六邊形基片集成波導濾波器，其特徵在於:所述第一介質基板(2)、第二介質基板(4)為FeriO-A6M陶瓷基片。
【文檔編號】H01P1/205GK103427138SQ201310355920
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】徐自強, 張根, 徐美娟, 尉旭波, 廖家軒, 汪澎, 楊邦朝, 田忠 申請人:電子科技大學