基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构制造技术

基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构，属于微波无源器件技术领域，解决现有的SIW滤波器尺寸较大、矩形系数和带外抑制较低以及器件工作温度高的问题，将混合电磁耦合结构级联到SIW谐振腔内，分别与SIW腔内TE101模式和TE201模式形成独立通带，产生通带的传输极点，降低SIW滤波器的尺寸，为信号传输分别提供电、磁耦合路径，引入的六个可调传输零点改善了滤波器的带外抑制与矩形系数；双频带的带宽由对应的混合电磁耦合结构独立控制，双频SIW滤波器在获得高带外抑制度与高矩形系数的同时具备紧凑的尺寸；电热耦合通过SIW矩形腔中间的直线型双排金属化通孔的设计，降低滤波器的最高工作温度，为射频系统提供更多的传热途径。传热途径。传热途径。

【技术实现步骤摘要】
基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构


[0001]本专利技术属于微波无源器件
，涉及一种基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构。

技术介绍

[0002]随着现代无线通信技术的迅猛发展，各种新的通信标准相继出现，频谱资源的划分越来越细，在一个通信系统中兼容多个通信协议已经非常普遍。为了高效地利用频谱资源，同时为了保证通信质量，不仅需要降低相邻频段之间的干扰，还需要尽可能保证通带内有用信号的质量，使通带外的无用信号尽可能的衰减。因此，具有高带外抑制的滤波器成为了通信系统射频前端中的核心器件。
[0003]目前射频前端模块向着高密度、高集成度的趋势发展，系统内器件尺寸将不断减小，无论对滤波器的制作还是性能都是一个挑战。传统单频带的滤波器在复杂系统工作时会暴露出很多缺点，已经越来越不能满足人们的需要。所以，需要更多的研究人员致力于研究高性能、小型化的双频滤波器。
[0004]随着系统的集成度的提升，器件的工作温度逐步身高，射频系统中的工作状态就不仅仅要考虑器件之间的电磁场的影响还需要考虑温度场的影响。电热问题逐步成为了射频系统设计中不可忽视的问题。
[0005]SIW结构的金属化过孔作为导热通道，为射频系统提供更多的传热途径，通过设计孔的位置可以有效的降低自身于工作温度，在过去的几年中，基于SIW技术对器件电热研究了越来越流行。如学者Ang Zhang在期刊International Journal of RF and Microwave Computer
‑/>Aided Engineering中发表的《Steady
‑
State Electro
‑
Thermal Analysis and Optimization of Multilayer Boards and Substrate
‑
Integrated Waveguide Filters》论文提出了一个带有自加热芯片的SIW滤波器。找到了热点温度最低的位置；如学者Stefano Sirci在期刊IEEE Trans.Microw.Theory Tech中发表的《Design and Multiphysics Analysis of Direct and Cross
‑
Coupled SIW Combline Filters Using Electric and Magnetic Couplings》论文中设计了SIW梳状谐振滤波器并从多物理场的角度分析了这些滤波器的平均功率和峰值功率处理能力。
[0006]但是上述基于SIW技术对器件电热研究了多为单频带SIW滤波器，很少有关于双频SIW滤波器的电热分析的研究。因此，在双频SIW滤波器的设计中，如何在提高双频带滤波器的带外抑制与矩形系数、保持小型化电路尺寸的同时研究其工作时的电热作用，利用金属化过孔的设计降低器件与系统的工作温度，是当前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构，以解决现有的SIW滤波器尺寸较大、矩形系数和带外抑制较低以及器件工作温度高的问题。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0009]基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构，包括：介质基板(11)、上层金属板(12)、金属地板(13)；所述的上层金属板(12)和金属地板(13)分别覆在介质基板(11)的正反两面；在上层金属板(12)的四周均匀开设有矩形金属化过孔阵列(71)，在上层金属板(12)的中部从上到下依次布置有：第一直线型双排金属化过孔阵列(72)、第一混合电磁耦合结构(21)、第二直线型双排金属化过孔阵列(73)、第二混合电磁耦合结构(31)、第一直线型双排金属化过孔阵列(72)；所有的金属化过孔均贯穿介质基板(11)，将上层金属板(12)与金属地板(13)连接；
[0010]所述的矩形金属化过孔阵列(71)以及布置在上层金属板(12)中部位置的多个金属化过孔阵列将上层金属板(12)划分为第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)；
[0011]所述的上层金属板(12)上刻蚀有两个共面波导结构(51)，两个共面波导结构(51)的馈电端口均与微带线(52)连接；所述的第一混合电磁耦合结构(21)与第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE101模式构成第一通带，所述的第二混合电磁耦合结构(31)与第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE201模式构成第二通带，第一混合电磁耦合结构(21)以及第二混合电磁耦合结构(31)分别为第一通带和第二通带提供产生双频带所需的传输极点。
[0012]进一步地，所述的第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE101模式下射频信号具有四条传输路径：
[0013]第一传输路径：通过第一三角形感性耦合窗口(401)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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90
°
的磁耦合路径；
[0014]第二传输路径：第一混合电磁耦合结构(21)通过第一扇形金属化通孔感性耦合窗口(402)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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90
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的磁耦合路径；
[0015]第三传输路径：通过第一矩形槽电耦合窗口(403)使得第一混合电磁耦合结构(21)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成+90
°
的电耦合路径；
[0016]第四传输路径：通过第二三角形感性耦合窗口(404)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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90
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的磁耦合路径；
[0017]第三传输路径与第一传输路径之间的180
°
相位差产生了第一通带低阻带的第一个传输零点TZ1；第三传输路径与第四传输路径之间的180
°
相位差引入了第一通带低阻带的第二个传输零点TZ2；第二传输路径与第三传输路径之间的180
°
相位差生成了第一通带高阻带的一个传输零点TZ3。
[0018]进一步地，所述的第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE201模式下射频信号具有四条传输路径：
[0019]第五传输路径：通过第三三角形感性耦合窗口(405)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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的磁耦合路径；
[0020]第六传输路径：第二混合电磁耦合结构(31)通过第二扇形金属化通孔感性耦合窗口(406)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构，其特征在于，包括：介质基板(11)、上层金属板(12)、金属地板(13)；所述的上层金属板(12)和金属地板(13)分别覆在介质基板(11)的正反两面；在上层金属板(12)的四周均匀开设有矩形金属化过孔阵列(71)，在上层金属板(12)的中部从上到下依次布置有：第一直线型双排金属化过孔阵列(72)、第一混合电磁耦合结构(21)、第二直线型双排金属化过孔阵列(73)、第二混合电磁耦合结构(31)、第一直线型双排金属化过孔阵列(72)；所有的金属化过孔均贯穿介质基板(11)，将上层金属板(12)与金属地板(13)连接；所述的矩形金属化过孔阵列(71)以及布置在上层金属板(12)中部位置的多个金属化过孔阵列将上层金属板(12)划分为第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)；所述的上层金属板(12)上刻蚀有两个共面波导结构(51)，两个共面波导结构(51)的馈电端口均与微带线(52)连接；所述的第一混合电磁耦合结构(21)与第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE101模式构成第一通带，所述的第二混合电磁耦合结构(31)与第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE201模式构成第二通带，第一混合电磁耦合结构(21)以及第二混合电磁耦合结构(31)分别为第一通带和第二通带提供产生双频带所需的传输极点。2.根据权利要求1所述的基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构，其特征在于，所述的第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE101模式下射频信号具有四条传输路径：第一传输路径：通过第一三角形感性耦合窗口(401)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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90
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的磁耦合路径；第二传输路径：第一混合电磁耦合结构(21)通过第一扇形金属化通孔感性耦合窗口(402)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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的磁耦合路径；第三传输路径：通过第一矩形槽电耦合窗口(403)使得第一混合电磁耦合结构(21)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成+90
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的电耦合路径；第四传输路径：通过第二三角形感性耦合窗口(404)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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的磁耦合路径；第三传输路径与第一传输路径之间的180
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相位差产生了第一通带低阻带的第一个传输零点TZ1；第三传输路径与第四传输路径之间的180
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相位差引入了第一通带低阻带的第二个传输零点TZ2；第二传输路径与第三传输路径之间的180
°
相位差生成了第一通带高阻带的一个传输零点TZ3。3.根据权利要求2所述的基于电热耦合和混合电磁耦合的双频带自封装滤波结构，其特征在于，所述的第一SIW矩形腔(61)和第二SIW矩形腔(62)的TE201模式下射频信号具有四条传输路径：第五传输路径：通过第三三角形感性耦合窗口(405)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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90
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的磁耦合路径；第六传输路径：第二混合电磁耦合结构(31)通过第二扇形金属化通孔感性耦合窗口(406)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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的磁耦合路径；
第七传输路径：通过第二矩形槽电耦合窗口(407)使得第而混合电磁耦合结构(31)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成+90
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的电耦合路径；第八传输路径：通过第四三角形感性耦合窗口(408)为射频信号从第一SIW矩形腔(61)向第二SIW矩形腔(62)传输形成
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱浩然，邢焱，黄志祥，吴先良，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：