一种双层基片集成波导带通滤波器及设计方法技术

一种双层基片集成波导带通滤波器及设计方法，包括由上而下依次设置的第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层、第三金属层，在介质层和金属层中制作金属化通孔和金属层开窗图案，采用四阶直接耦合形式；本发明专利技术打破了传统SIW滤波器的双盲孔限制，大幅度降低了滤波器的加工难度，可以通过PCB技术实现，具有低成本、小型化的优点。小型化的优点。小型化的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种双层基片集成波导带通滤波器及设计方法


[0001]本专利技术涉及基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)带通滤波器
，具体涉及一种双层基片集成波导带通滤波器及设计方法。

技术介绍

[0002]基片集成波导带通滤波器是一种兼具小型化、易集成、高性能优势的新一代平面微波无源器件，在小型化微波毫米波射频电路中发挥着重要作用。随着射频系统与SIW滤波器向着更小尺寸、更高性能方向的发展，双层SIW滤波器可以在保证滤波器性能的同时，将滤波器的平面尺寸缩小为原先的二分之一。这种“牺牲”垂直厚度“换取”水平尺寸的方案，对于重点关注二维平面尺寸的平面电路具有非常高的实用意义和应用价值。
[0003]SIW滤波器结构通常可以分为端口、SIW谐振腔以及耦合结构三部分。由于SIW结构难以直接和其它平面电路进行互联，通常需要将SIW结构转换到其它微带线、共面波导等常用平面结构，从而作为端口引出，这也就是SIW滤波器具有的两个共面波导或微带端口。滤波器的主体是由金属通孔与上下两面金属围成的各级SIW谐振腔，在滤波器端口以及各级谐振器之间则通过SIW耦合结构实现能量的控制与传输。基于滤波器综合理论，在确定谐振频率的同时，可以计算得到端口与谐振腔、谐振腔之间的各耦合大小。最终，通过SIW谐振腔和耦合结构实现相应的谐振频率、耦合大小之后，即可得到满足设计要求的滤波器响应。
[0004]双层SIW滤波器与单层SIW滤波器的差异在于滤波器各级谐振腔和耦合结构分别设置在双层还是单层介质基板中。相同的，双层SIW滤波器也是通过调整金属化过孔位置和金属层开窗图案来实现所需谐振频率和耦合系数。但是，双层SIW滤波器上下两层介质基板上的通孔位置难以严格重合，特别在位于同一层的相邻端口、谐振腔耦合结构处，需要形成一个过孔间距更大的缝隙结构。在印制电路板(PCB)加工技术中，贯穿整个PCB结构的过孔叫做通孔，多层PCB中仅存在于单层介质中的过孔叫做盲孔。盲孔存在两个问题：一是制作难度高、工艺误差大，二是PCB技术无法制作分别位于相邻两层的双盲孔。而传统双层SIW滤波器设计就一定存在这种双层盲孔的加工需求。
[0005]目前，根据加工工艺和装配方法的不同，双层SIW滤波器主要分为三种：一是直接设计实现适用于PCB技术的双层SIW滤波器，但并未真正突破双盲孔的限制。其问题在于滤波器性能受限，要么双层结构被视为加厚的单层结构来实现谐振腔结构(参考专利“杨玲,许锋.基于混合折叠基片集成波导谐振腔的高选择性带通滤波器2022
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12.”)，要么无法在设计阶段调节滤波器的谐振频率和耦合系数，四阶滤波器只存在三个谐振点(参考专利“张路华,吴爱婷.一种小型化三角腔双层SIW带通滤波器2021
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16.”)，性能无法实现最优。二是基于低温共烧陶瓷(LTCC)以及微电子机械系统(MEMS)等三维加工工艺实现的双层SIW滤波器。基于陶瓷材料的LTCC(参考文献“曾奇远.LTCC基片集成波导滤波器研究[D].电子科技大学,2011.”)和基于硅材料的MEMS工艺(参考文献“王文.W频段小型化放大滤波组件研究[D].中国电子科技集团公司电子科学研究院,2021.”)在实现多层复杂结构上具有突出优势，但总体技术成熟度和应用范围不如PCB技术，并且小批量试制时加工成本更高，
同时不同于PCB电路主体材料的滤波器在集成设计和实现上也存在性能和尺寸的劣势。三是通过PCB技术分别制作单层PCB结构，然后通过紧固螺丝施加压力来实现双层结构的结合(参考文献“Zheng Y,Dong Y.Du al
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Band,Dual
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Mode,Microstrip Resonator Loaded,Compact Hy brid SIW Bandpass Filter[A].2021IEEE MTT
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S International Microwave Symposium(IMS)[C].2021:50
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53.”)。显然，这种异化的装配方法会导致更高的加工误差，滤波器性能的稳定性和一致性也更差。
[0006]如何从设计的角度，打破双层SIW滤波器的双盲孔甚至单盲孔限制，实现基于PCB技术的多层SIW滤波器，可以大幅缩小SIW滤波器的尺寸，同时降低加工成本，从而拓展SIW滤波器的应用范围，具有重要的学术研究和工艺应用意义。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种双层基片集成波导带通滤波器及设计方法，打破了传统SIW滤波器的双盲孔限制，大幅度降低了滤波器的加工难度，可以通过PCB技术实现，具有低成本、小型化的优点。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种双层基片集成波导带通滤波器，包括由上而下依次设置的第一金属层1、第一介质层2、第二金属层3、第二介质层4、第三金属层5，在介质层和金属层中制作金属化通孔和金属层开窗图案，采用四阶直接耦合形式；
[0010]第一金属层1平面对称设有第一耦合结构8和第五耦合结构12，以及第一CPWG端口6和第二CPWG端口7；第一耦合结构8位于第一金属层1和第一介质层2形成的第一CPWG端口6处，第五耦合结构12位于第一金属层1和第一介质层2形成的第二CPWG端口7处；
[0011]第一介质层2平面对称设有第一SIW谐振腔13和第四SIW谐振腔16，第一SIW谐振腔13、第四SIW谐振腔16与其外侧的第一CPWG端口6、第二CPWG端口7连通；
[0012]第二金属层3平面对称设有第二耦合结构9和第四耦合结构11，第二耦合结构9、第四耦合结构11对应于第一SIW谐振腔13、第四SIW谐振腔16；
[0013]第二介质层4平面对称设有第二SIW谐振腔14和第三SIW谐振腔15，第二SIW谐振腔14、第三SIW谐振腔15对应于第二耦合结构9、第四耦合结构11；
[0014]第三金属层5平面对称设有一组DGS结构17，以及第三耦合结构10。
[0015]一种双层基片集成波导带通滤波器的设计方法，包括以下步骤：
[0016]1)第一CPWG端口6和第二CPWG端口7尺寸根据实际所需外部阻抗确定，第一SIW谐振腔13和第四SIW谐振腔16、第一耦合结构8和第五耦合结构12、第二耦合结构9和第四耦合结构11的尺寸通过SIW滤波器综合设计方法确定；
[0017]2)确定第一金属层1、第一介质层2、第二金属层3、第二介质层4中结构的尺寸后，将其中的金属化过孔向第二介质层4、第三金属层5中延伸，形成贯穿整个滤波器结构的金属化通孔，同时确定了第二介质层4中第二SIW谐振腔14、第三SIW谐振腔15通孔围成的尺寸；
[0018]3)在第二SIW谐振腔14、第三SIW谐振腔15尺寸确定的情况下，通过第三金属层5中的DGS结构1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层基片集成波导带通滤波器，其特征在于：包括由上而下依次设置的第一金属层(1)、第一介质层(2)、第二金属层(3)、第二介质层(4)、第三金属层(5)，在介质层和金属层中制作金属化通孔和金属层开窗图案，采用四阶直接耦合形式；第一金属层(1)平面对称设有第一耦合结构(8)和第五耦合结构(12)，以及第一CPWG端口(6)和第二CPWG端口(7)；第一耦合结构(8)位于第一金属层(1)和第一介质层(2)形成的第一CPWG端口(6)处，第五耦合结构(12)位于第一金属层(1)和第一介质层(2)形成的第二CPWG端口(7)处；第一介质层(2)平面对称设有第一SIW谐振腔(13)和第四SIW谐振腔(16)，第一SIW谐振腔(13)、第四SIW谐振腔(16)与其外侧的第一CPWG端口(6)、第二CPWG端口(7)连通；第二金属层(3)平面对称设有第二耦合结构(9)和第四耦合结构(11)，第二耦合结构(9)、第四耦合结构(11)对应于第一SIW谐振腔(13)、第四SIW谐振腔(16)；第二介质层(4)平面对称设有第二SIW谐振腔(14)和第三SIW谐振腔(15)，第二SIW谐振腔(14)、第三SIW谐振腔(15)对应于第二耦合结构(9)、第四耦合结构(11)；第三金属层(5)平面对称设有一组DGS结构(17)，以及第三耦合结构(10)。2.权利要求1所述的一种双层基片集成波导带通滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)第一CPWG端口(6)和第二CPWG端口(7)尺寸根据实际所需外部阻抗确定，第一SIW谐振腔(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新怀，王文，侯艺凡，许洪洋，周博，徐茵，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：