基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器及设计方法，通过在基板中打相互交错的通孔，使其产生滤波效应，这样制成的产品，不仅能将平面的交指滤波器做成立体的交指滤波器，还能将滤波器从基板上做到基板内部，从而在微波集成电路中做到滤波器在基板内部就能实现滤波，实现滤波器的空间占比最小化，克服平面交指滤波器在微波集成电路占空比大等诸多问题。通过本发明专利技术方法制作的产品，具有体积小、带宽宽、滤波效果好的优点。而且本发明专利技术还给出了具体的设计方法，通过本发明专利技术可以计算出金属通孔数量，相邻金属间隙、金属通孔半径、介质基板厚度，从而快速精准的制作本发明专利技术。

Electromagnetic coupling interdigital band-pass filter based on multi-pass holes and its design method

The invention discloses an electromagnetic coupling interdigital band-pass filter based on a plurality of through holes and a design method, which can generate a filtering effect by punching cross holes in a substrate. The product can not only make a plane interdigital filter into a three-dimensional interdigital filter, but also make the filter from the substrate to the inside of the substrate, so as to achieve filtering in a microwave integrated circuit The filter can be realized inside the substrate, the space occupation ratio of the filter can be minimized, and many problems such as the large duty ratio of the plane interdigital filter in the microwave integrated circuit can be overcome. The product manufactured by the method has the advantages of small volume, wide band and good filtering effect. The invention also provides a specific design method, through which the number of metal through holes, the adjacent metal gap, the metal through hole radius, and the thickness of the medium substrate can be calculated, so as to make the invention quickly and accurately.

【技术实现步骤摘要】
基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器及设计方法
本专利技术涉及一种滤波器，尤其涉及一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器及设计方法。
技术介绍
交指滤波器是指由平行耦合线谐振器阵交叉做成的结构，它具有优良的带通特性，但是平面中的交指滤波器实用性很差，需要占用很大的面积，不适用在集成化的微波电路。现有技术中，平面交指滤波器的结构是在两个平行接地板间放入两个交叉的平行耦合线阵，每个杆一端短路，一端开路，长约1/(4λ0)。杆1到杆n都为谐振器，而杆0和杆n+1的一端短路，另一端与外电路联接，称为终端短路线，故称该结构为终端短路式交指滤波器。基片集成波导Substrateintegratedwaveguide(SIW)是一种新的微波传输线形式，其利用金属通孔在介质基片上实现波导的场传播模式。本专利技术的思路原理为：通过在基板材料的两个接地面之间打一排间距均匀、结构对称的通孔，将通孔内表面设置为理想导体表面，且一端接地一端开路，基板之间的通孔相互交错就可以形成一个交指耦合的带通滤波器。它相当于平面的微带线相互交错，在立体中用通孔代替微带线作为谐振源，产生自电感和自电容，然后通孔之间产生互电感和互电容。通孔的高度相当于波长的四分之一，这样就可以形成带通滤波器。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，利用基板之间通孔在微波领域具有微带线的性质，将平面滤波器转变成立体化的滤波器，从而能减少滤波器的体积，提高滤波器的集成度，体积小、带宽宽、滤波效果好的基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器及设计方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器，包括腔体、腔体内设有介质基板，腔体两端设有信号输入端和信号输出端；所述介质基板上设有n个金属通孔，所述金属通孔从信号输入端到信号输出端方向依次为第1个到第n个，n为偶数，所述金属通孔包括上端口和下端口；第1个金属通孔上端口接信号输入端，下端口接地，第n个金属通孔上端口接信号输出端，下端口接地；其余金属通孔中，第偶数个金属通孔，上端口接地下端口开路，第奇数个金属通孔，上端口开路下端口接地；相邻金属通孔间电磁耦合，用于将信号从信号输出端传输到信号输出端；所述金属通孔带有自电容，且相邻金属通孔间电磁耦合产生互电容；所述介质基板被金属通孔贯穿的两面共地。作为优选：所述基板上还设有贯穿其正面和背面的共地通孔。作为优选：所述介质基板材料是RogersRO4350。一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器的设计方法，包括以下步骤，(1)确定带通滤波器的技术指标参数，所述技术指标参数包括通带截止频率，阻带截止频率fn，带内抖动LAr，阻带衰减值Las,并根据下式计算金属通孔数量n；式中，(2)确定基板中金属通孔间隙Si,i-1；(21)计算每个金属通孔的自电容，以及相邻金属通孔间的互电容，结合下式计算金属通孔间隙；其中，Cf表示在中心频率f下的自电容，Ci,i+1表示第i个通孔与第i+1个通孔之间的互电容，B为基板厚度，t为导体厚度，ε为介电常数；(3)确定金属通孔横截面的半径；(31)下式计算第一个和第n个金属通孔的横截面半径，二者值相同均为R0；(32)根据下式计算其余金属通孔的横截面半径；(31)(32)的公式中，C0为第1个金属通孔的自电感，R0为第一个金属通孔的横截面半径，Ri为第i个金属通孔的横截面半径；(4)根据以下公式计算介质基板厚度H；(5)根据步骤(1)-(4)得到的参数，制作基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过在基板中打相互交错的通孔，使其产生滤波效应，这样制成的产品，不仅能将平面的交指滤波器做成立体的交指滤波器，还能将滤波器从基板上做到基板内部，从而在微波集成电路中做到滤波器在基板内部就能实现滤波，实现滤波器的空间占比最小化，克服平面交指滤波器在微波集成电路占空比大等诸多问题。通过本专利技术方法制作的产品，具有体积小、带宽宽、滤波效果好的优点。具体体现在几下几点：(1)本专利技术采用基片集成波导的原理，进行信号的传输，随着这几年通孔打孔工艺的提升，将通孔作为一个谐振单元形成一个微型的交指耦合滤波器可以大大降低滤波器的体积和提高射频电路的集成化。(2)本专利技术将微带线的平面滤波，改为了立体滤波，本专利技术通过在介质基板上打一排金属通孔，而金属通孔一端接地一端开路，相邻的金属通孔相互交错设置，相当于平面的微带线相互交错，用金属通孔代替微带线作为谐振源，产生自电感和自电容，再在金属通孔间产生互电感和互电容。通孔的高度相当于波长的四分之一，这样就可以形成微型带通滤波器，从而达到滤波效果。(3)本专利技术将基板表面的平面交指滤波器，改为基板内部的交指滤波器，将传统滤波器是贴在基板表面改为做到基板内部就能实现滤波器的功能，这样大大提高了微波集成电路的集成度，还能使滤波器在集成电路设计完全不占电路的空间，大大减小集成电路的体积和降低成本。可以想象在将来的微博集成电路的立体化过程中一层基板就能做一个滤波器，可以大大减小集成芯片的体积。(4)本专利技术不仅给出了结构，还给出了设计方法，通过本专利技术可以快速得到金属通孔数量，相邻金属间隙、金属通孔半径、介质基板厚度等参数，从而制作本专利技术产品。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为实施例2中本专利技术在ADS中的电路仿真图；图3为实施例2中本专利技术的仿真结果；图4为实施例3中本专利技术在HFSS中的三维立体结构图；图5为实施例3中本专利技术的仿真结果图。图中：1、介质基板；2、信号输入端；3、信号输出端；4、金属通孔；5、共地通孔。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1：参见图1，一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器，包括腔体、腔体内设有介质基板1，腔体两端设有信号输入端2和信号输出端3；所述介质基板1上设有n个金属通孔4，所述金属通孔4从信号输入端2到信号输出端3方向依次为第1个到第n个，n为偶数，所述金属通孔4包括上端口和下端口；第1个金属通孔4上端口接信号输入端2，下端口接地，第n个金属通孔4上端口接信号输出端3，下端口接地；其余金属通孔4中，第偶数个金属通孔4，上端口接地下端口开路，第奇数个金属通孔4，上端口开路下端口接地；相邻金属通孔4间电磁耦合，用于将信号从信号输出端3传输到信号输出端3；所述金属通孔4带有自电容，且相邻金属通孔4间电磁耦合产生互电容；所述介质基板1被金属通孔4贯穿的两面共地。本实施例中，所述基板上还设有贯穿其正面和背面的共地通孔5，所述介质基板1材料是RogersRO4350，图1中，第奇数个金属通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器，包括腔体、腔体内设有介质基板，腔体两端设有信号输入端和信号输出端，其特征在于：/n所述介质基板上设有n个金属通孔，所述金属通孔从信号输入端到信号输出端方向依次为第1个到第n个，n为偶数，所述金属通孔包括上端口和下端口；/n第1个金属通孔上端口接信号输入端，下端口接地，第n个金属通孔上端口接信号输出端，下端口接地；/n其余金属通孔中，第偶数个金属通孔，上端口接地下端口开路，第奇数个金属通孔，上端口开路下端口接地；/n相邻金属通孔间电磁耦合，用于将信号从信号输出端传输到信号输出端；所述金属通孔带有自电容，且相邻金属通孔间电磁耦合产生互电容；/n所述介质基板被金属通孔贯穿的两面共地。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器，包括腔体、腔体内设有介质基板，腔体两端设有信号输入端和信号输出端，其特征在于：
所述介质基板上设有n个金属通孔，所述金属通孔从信号输入端到信号输出端方向依次为第1个到第n个，n为偶数，所述金属通孔包括上端口和下端口；
第1个金属通孔上端口接信号输入端，下端口接地，第n个金属通孔上端口接信号输出端，下端口接地；
其余金属通孔中，第偶数个金属通孔，上端口接地下端口开路，第奇数个金属通孔，上端口开路下端口接地；
相邻金属通孔间电磁耦合，用于将信号从信号输出端传输到信号输出端；所述金属通孔带有自电容，且相邻金属通孔间电磁耦合产生互电容；
所述介质基板被金属通孔贯穿的两面共地。


2.根据权利要求1所述的基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器，其特征在于：所述基板上还设有贯穿其正面和背面的共地通孔。


3.根据权利要求1所述的基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器，其特征在于：所述介质基板材料是RogersRO4350。


4.根据权利要求1所述的基于多通孔的电磁耦合交指带通滤波器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)确定带通滤波器的技术指标参数，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：方勇，赵志龙，王阳阳，钟晓玲，郭勇，盛浩轩，郭听听，侯学师，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51