申请/专利权人：云南大学

申请日：2019-01-23

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109599646B

主分类号：H01P1/20

分类号：H01P1/20

优先权：["20180620 CN 2018106337553"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.05.03#实质审查的生效;2019.04.09#公开

摘要：本发明涉及封装的平面集成双频带滤波器，该滤波器包含粘接在一起的三层介质板。底层介质板上表面印刷有金属层，金属层上开有矩形缝隙，金属层两端分别连接过渡渐变线和馈电微带线，下表面印刷有接地金属层，底层介质板的两侧和中间分别打有周期性金属过孔，实现SIW滤波器；顶层介质板上表面印刷有金属层，下表面印刷有金属圆形贴片，并在介质板上打入周期性金属过孔，形成人工磁导体结构；中间层介质板分隔顶层介质板和底层介质板。本发明实现了用AMC封装的双频带滤波器,解决了传统滤波器中存在辐射损耗和平面波的问题，同时具有尺寸小以及结构稳定等优点。

主权项：1.一种封装的平面集成双频带滤波器,其特征在于，包括：顶层介质板1，中间层介质板2，底层介质板3，其中：a、顶层介质板1的上表面印刷有金属层19，下表面印刷有两列周期性金属圆形贴片5；在顶层介质板1上与Y轴平行方向打有第一周期性金属过孔4；第一周期性金属过孔4有三列：两侧的两列周期性金属过孔位于周期性金属圆形贴片5的正上方，中间的一列周期性金属过孔位于顶层介质板的正中间；第一周期性金属过孔4中间的一列周期性金属过孔数是7个；b、中间层介质板2位于顶层介质板1和底层介质板3的中间位置；c、底层介质板3的上表面位于XOY平面，其中心位置为坐标原点；底层介质板3的印刷有上表面金属层17和下表面金属层18；上表面金属层17的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层和馈电微带线金属层连接；底层介质板3的两侧打有第二周期性金属过孔6，中间位置打有第三周期性金属过孔7，第三周期性金属过孔7的中心轴与Y轴重合；第三周期性金属过孔7数是7个；底层介质板3上表面的金属层上开有三组矩形缝隙：第一组矩形缝隙8、第二组矩形缝隙9和第三组矩形缝隙10；每组矩形缝隙分别为两个关于y轴对称，且平行于X轴的矩形缝隙；第一组矩形缝隙8是连续缝隙，但第二组和第三组矩形缝隙的每一个缝隙不是连续缝隙，而是被印刷的金属层间隙隔开的两个尺寸相同的小缝隙；d、所述封装的平面集成双频带滤波器的顶层介质板1介电常数高于中间层介质板2和底层介质板3；中间层介质板2和底层介质板3的介电常数相同，三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；所述顶层介质板1与中间层介质板2长度和宽度相同；e、所述封装的平面集成双频带滤波器的底层介质板3的宽度与上面两层介质板宽度相同，但长度略长，使渐变线和馈电微带线处于裸露状态，以便于测试；f、如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板3及其上印刷的金属层，金属层上的缝隙，金属过孔，渐变微带线和馈电微带线构成双频带滤波器；顶层介质板1及其上的周期性金属过孔4和金属贴片5构成人工磁导体，形成对滤波器的封装；中间层介质板用于分隔顶层介质板和底层介质板；g、将顶层介质板1的厚度增加到合适的厚度，可以形成该双频带滤波器的第二个通带；h、顶层介质板1的下表面两侧印刷有两列周期性金属圆形贴片5，而中间位置没有印刷有周期性金属圆形贴片，消除了双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振问题；i、底层介质板3中的矩形缝隙8的长度改变可以调整双频带滤波器的第一通带的工作带宽和第一通带右侧的传输零点位置；j、改变第三周期性金属过孔7的直径可以改变各级接地电感，实现对双频带滤波器中心频率的调节，而带宽不变。

全文数据：封装的平面集成双频带滤波器技术领域本发明涉及电子技术领域，具体涉及封装的平面集成双频带滤波器。背景技术微波多通带滤波器是现代无线通信系统中至关重要的组成部分，随着微波集成电路的迅速发展和频谱资源的日益紧张，整个系统向着小型化、高性能方向发展，这对无线通信系统中滤波器的性能和尺寸提出了更高的要求。但是早期的滤波器采用简单的并联或者级联方式，这样大大的增加了滤波器的尺寸，同时传输损耗较大。基片集成波导（SubstrateIntegratedWaveguide,SIW）是由介质基板、上下金属面、金属化通孔组成的类波导结构，同时还兼有体积小、造价低、易于加工和集成的优异特性，这使其在滤波器的设计中得到广泛应用。在基片集成波导（SIW）滤波器的设计中，在其上下金属面开缝隙以形成阻带是其滤波器设计的一个重要方法。这样，上下金属面开缝隙的基片集成波导（SIW）滤波器难以形成一个封闭的波导结构，其不能有效地抑制空间辐射和平面波。SIW传输TE10波，当与微带线集成时，需要模式转换，产生模式转换损耗；采用SIW平面波导技术制作滤波器时需要封装，以抑制空间辐射和表面波。本发明封装的平面集成双频带滤波器，不仅可以抑制空间辐射和平面波，形成封装的平面集成双频带滤波器，而且有助于实现高性能和小尺寸电路设计的高性价比。同时，调整介质板的厚度能形成第二个滤波通带。本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。发明内容本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出封装的平面集成双频带滤波器。本发明封装的平面集成双频带滤波器包括：顶层介质板（1），中间层介质板（2），底层介质板（3），其中：a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层（19），下表面印刷有两列周期性金属圆形贴片（5）；在顶层介质板（1）上与Y轴平行方向打有第一周期性金属过孔（4）；第一周期性金属过孔（4）有三列：两侧的两列周期性金属过孔位于周期性金属圆形贴片（5）的正上方，中间的一列周期性金属过孔位于顶层介质板的正中间；b、中间层介质板（2）位于顶层介质板（1）和底层介质板（3）的中间位置；c、底层介质板（3）的上表面位于XOY平面，其中心位置为坐标原点；底层介质板（3）的印刷有上表面金属层（17）和下表面金属层（18）；上表面金属层（17）的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层（13、15）和馈电微带线金属层（14、16）连接；底层介质板（3）的两侧打有第二周期性金属过孔（6），中间位置打有第三周期性金属过孔（7），第三周期性金属过孔（7）的中心轴与Y轴重合；底层介质板（3）上表面的金属层上开有三组矩形缝隙：第一组矩形缝隙（8）、第二组矩形缝隙（9）和第三组矩形缝隙（10；每组矩形缝隙（8,9,10）分别为两个关于y轴对称，且平行于X轴的矩形缝隙；第一组矩形缝隙（8）是连续缝隙，但第二组和第三组矩形缝隙（9、10）的每一个缝隙不是连续缝隙，而是被印刷的金属层间隙（11、12）隔开的两个尺寸相同的小缝隙；d、所述封装的平面集成双频带滤波器的顶层介质板（1）介电常数高于中间层介质板（2）和底层介质板（3）；中间层介质板（2）和底层介质板（3）的介电常数相同，三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；所述顶层介质板（1）与中间层介质板（2）长度和宽度相同；e、所述封装的平面集成双频带滤波器的底层介质板（3）的宽度与上面两层介质板宽度相同，但长度略长，使渐变线（13、15）和馈电微带线（14、16）处于裸露状态，以便于测试。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）及其上印刷的金属层，金属层上的缝隙（8，9,10），金属过孔（6,7），渐变微带线（13，15）和馈电微带线（14，16）构成双频带滤波器；顶层介质板（1）及其上的周期性金属过孔（4）和金属贴片（5）构成人工磁导体，形成对滤波器的封装；有效减少了空间辐射损耗，抑制了平面波，同时解决了空间谐振的问题。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，顶层介质板（1）的厚度比中间层介质板（2）的厚度要厚，以使电磁带隙能够覆盖双频带滤波器的第一个通带，提高滤波器的带外衰减陡峭度。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，改变顶层介质板（1）的厚度能改变双频带滤波器的第一个通带的工作带宽；增加顶层介质板（1）的厚度，可以降低第一个通带的工作带宽，减小顶层介质板（1）的厚度，可以增加第一个通带的工作带宽。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，将顶层介质板（1）的厚度增加到合适的厚度，可以形成该双频带滤波器的第二个通带。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，中间层介质板（2）保障上下两层介质板（1、3）之间有一个稳定的间隙高度。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，上层介质板（1）的下表面两侧印刷有两列周期性金属圆形贴片（5），而中间位置没有印刷有周期性金属圆形贴片，消除了双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振问题；。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）中间位置的第三周期性金属过孔（7）使该双频带滤波器电路中的各级接地电感保持一致；改变第三周期性金属过孔（7）的直径可以改变各级接地电感，实现对双频带滤波器中心频率的调节，而带宽不变。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）中的矩形缝隙（8）的长度改变可以调整双频带滤波器的第一通带的工作带宽和第一通带右侧的传输零点位置；增加矩形缝隙（8）的长度，可以使该双频带滤波器的第一通带的工作带宽降低，并使该双频带滤波器的第一通带右侧的传输零点位置左移。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，调整底层介质板（3）中金属层间隙（11、12）到合适的长度可以消除双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，中间层介质板（2）和底层介质板（3）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。本发明与现有技术相比，具有如下优点：1、解决了传统缝隙基片集成波导滤波器中辐射损耗和平面波的问题；2、具有小尺寸，低剖面，易集成，易加工；3、结构稳定，传输性能好；4、调节滤波器工作频率的方式简单。附图说明图1为本发明封装的平面集成双频带滤波器的整体结构图。图2为本发明封装的平面集成双频带滤波器的顶层介质板的上表面图。图3为本发明封装的平面集成双频带滤波器的顶层介质板的下表面图。图4为本发明封装的平面集成双频带滤波器的底层介质板的上表面图。图5为本发明封装的平面集成双频带滤波器的底层介质板的下表面图。图6为本发明封装的平面集成双频带滤波器在8-27GHz的S11和S21的仿真和测试图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。如图1-6所示，本发明封装的平面集成双频带滤波器，包括：顶层介质板（1），中间层介质板（2），底层介质板（3），其中：a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层（19），下表面印刷有两列周期性金属圆形贴片（5）；在顶层介质板（1）上与Y轴平行方向打有第一周期性金属过孔（4）；第一周期性金属过孔（4）有三列：两侧的两列周期性金属过孔位于周期性金属圆形贴片（5）的正上方，中间的一列周期性金属过孔位于顶层介质板的正中间；b、中间层介质板（2）位于顶层介质板（1）和底层介质板（3）的中间位置；c、底层介质板（3）的上表面位于XOY平面，其中心位置为坐标原点；底层介质板（3）的印刷有上表面金属层（17）和下表面金属层（18）；上表面金属层（17）的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层（13、15）和馈电微带线金属层（14、16）连接；底层介质板（3）的两侧打有第二周期性金属过孔（6），中间位置打有第三周期性金属过孔（7），第三周期性金属过孔（7）的中心轴与Y轴重合；底层介质板（3）上表面的金属层上开有三组矩形缝隙：第一组矩形缝隙（8）、第二组矩形缝隙（9）和第三组矩形缝隙（10；每组矩形缝隙（8,9,10）分别为两个关于y轴对称，且平行于X轴的矩形缝隙；第一组矩形缝隙（8）是连续缝隙，但第二组和第三组矩形缝隙（9、10）的每一个缝隙不是连续缝隙，而是被印刷的金属层间隙（11、12）隔开的两个尺寸相同的小缝隙；d、所述封装的平面集成双频带滤波器的顶层介质板（1）介电常数高于中间层介质板（2）和底层介质板（3）；中间层介质板（2）和底层介质板（3）的介电常数相同，三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；所述顶层介质板（1）与中间层介质板（2）长度和宽度相同；e、所述封装的平面集成双频带滤波器的底层介质板（3）的宽度与上面两层介质板宽度相同，但长度略长，使渐变线（13、15）和馈电微带线（14、16）处于裸露状态，以便于测试；如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）及其上印刷的金属层，金属层上的缝隙（8，9,10），金属过孔（6,7），渐变微带线（13，15）和馈电微带线（14，16）构成双频带滤波器；顶层介质板（1）及其上的周期性金属过孔（4）和金属贴片（5）构成人工磁导体，形成对滤波器的封装；有效减少了空间辐射损耗，抑制了平面波，同时解决了空间谐振的问题。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，顶层介质板（1）的厚度比中间层介质板（2）的厚度要厚，以使电磁带隙能够覆盖双频带滤波器的第一个通带，提高滤波器的带外衰减陡峭度。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，改变顶层介质板（1）的厚度能改变双频带滤波器的第一个通带的工作带宽；增加顶层介质板（1）的厚度，可以降低第一个通带的工作带宽，减小顶层介质板（1）的厚度，可以增加第一个通带的工作带宽；如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，将顶层介质板（1）的厚度增加到合适的厚度，可以形成该双频带滤波器的第二个通带。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，中间层介质板（2）保障上下两层介质板（1、3）之间有一个稳定的间隙高度。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，上层介质板（1）的下表面两侧印刷有两列周期性金属圆形贴片（5），而中间位置没有印刷有周期性金属圆形贴片，消除了双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振问题。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）中间位置的第三周期性金属过孔（7）使该双频带滤波器电路中的各级接地电感保持一致；改变第三周期性金属过孔（7）的直径可以改变各级接地电感，实现对双频带滤波器中心频率的调节，而带宽不变。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）中的矩形缝隙（8）的长度改变可以调整双频带滤波器的第一通带的工作带宽和第一通带右侧的传输零点位置；增加矩形缝隙（8）的长度，可以使该双频带滤波器的第一通带的工作带宽降低，并使该双频带滤波器的第一通带右侧的传输零点位置左移。如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，调整底层介质板（3）中金属层间隙（11、12）到合适的长度可以消除双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振；如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，中间层介质板（2）和底层介质板（3）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。实际制作时，顶层介质板（1）采用常规的介电常数较大的便宜的FR4_epoxy介质材料制作的介质板即可，而中间层介质板和底层介质板要选用介电常数和损耗均较小的介质板，外观尺寸为12.6mm*37.6mm*2.107mm的双频滤波器。第一通带的中心频率为15.5GHz且工作带宽为1.9GHz，第二通带的中心频率为24.88GHz且工作带宽为0.5GHz；本发明的封装的平面集成双频带滤波器的第一通带测试的S11小于-10dB，多数小于-15dB的阻抗特性，S21小于-3.6dB的传输特性；第二通带测试的S11小于-10dB，多数小于-15dB的阻抗特性，S21小于-6dB的传输特性，是一种尺寸小、结构简单、传输性能好的封装的平面集成双频带滤波器。上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

权利要求：1.本发明封装的平面集成双频带滤波器,其特征在于，包括：顶层介质板（1），中间层介质板（2），底层介质板（3），其中：a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层（19），下表面印刷有两列周期性金属圆形贴片（5）；在顶层介质板（1）上与Y轴平行方向打有第一周期性金属过孔（4）；第一周期性金属过孔（4）有三列：两侧的两列周期性金属过孔位于周期性金属圆形贴片（5）的正上方，中间的一列周期性金属过孔位于顶层介质板的正中间；b、中间层介质板（2）位于顶层介质板（1）和底层介质板（3）的中间位置；c、底层介质板（3）的上表面位于XOY平面，其中心位置为坐标原点；底层介质板（3）的印刷有上表面金属层（17）和下表面金属层（18）；上表面金属层（17）的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层（13、15）和馈电微带线金属层（14、16）连接；底层介质板（3）的两侧打有第二周期性金属过孔（6），中间位置打有第三周期性金属过孔（7），第三周期性金属过孔（7）的中心轴与Y轴重合；底层介质板（3）上表面的金属层上开有三组矩形缝隙：第一组矩形缝隙（8）、第二组矩形缝隙（9）和第三组矩形缝隙（10；每组矩形缝隙（8,9,10）分别为两个关于y轴对称，且平行于X轴的矩形缝隙；第一组矩形缝隙（8）是连续缝隙，但第二组和第三组矩形缝隙（9、10）的每一个缝隙不是连续缝隙，而是被印刷的金属层间隙（11、12）隔开的两个尺寸相同的小缝隙；d、所述封装的平面集成双频带滤波器的顶层介质板（1）介电常数高于中间层介质板（2）和底层介质板（3）；中间层介质板（2）和底层介质板（3）的介电常数相同，三层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；所述顶层介质板（1）与中间层介质板（2）长度和宽度相同；e、所述封装的平面集成双频带滤波器的底层介质板（3）的宽度与上面两层介质板宽度相同，但长度略长，使渐变线（13、15）和馈电微带线（14、16）处于裸露状态，以便于测试；f、如上所述的封装的平面集成双频带滤波器，底层介质板（3）及其上印刷的金属层，金属层上的缝隙（8，9,10），金属过孔（6,7），渐变微带线（13，15）和馈电微带线（14，16）构成双频带滤波器；顶层介质板（1）及其上的周期性金属过孔（4）和金属贴片（5）构成人工磁导体，形成对滤波器的封装；中间层介质板用于分隔顶层介质板和底层介质板。2.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：顶层介质板（1）的厚度比中间层介质板（2）的厚度要厚，以使电磁带隙能够覆盖双频带滤波器的第一个通带，提高滤波器的带外衰减陡峭度。3.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：改变顶层介质板（1）的厚度能改变双频带滤波器的第一个通带的工作带宽；增加顶层介质板（1）的厚度，可以降低第一个通带的工作带宽，减小顶层介质板（1）的厚度，可以增加第一个通带的工作带宽。4.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：将顶层介质板（1）的厚度增加到合适的厚度，可以形成该双频带滤波器的第二个通带。5.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：中间层介质板（2）保障上下两层介质板（1、3）之间有一个稳定的间隙高度。6.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：上层介质板（1）的下表面两侧印刷有两列周期性金属圆形贴片（5），而中间位置没有印刷有周期性金属圆形贴片，消除了双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振问题。7.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：底层介质板（3）中间位置的第三周期性金属过孔（7）使该双频带滤波器电路中的各级接地电感保持一致；改变第三周期性金属过孔（7）的直径可以改变各级接地电感，实现对双频带滤波器中心频率的调节，而带宽不变。8.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：底层介质板（3）中的矩形缝隙（8）的长度改变可以调整双频带滤波器的第一通带的工作带宽和第一通带右侧的传输零点位置；增加矩形缝隙（8）的长度，可以使该双频带滤波器的第一通带的工作带宽降低，并使该双频带滤波器的第一通带右侧的传输零点位置左移。9.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：调整底层介质板（3）中金属层间隙（11、12）到合适的长度可以消除双频带滤波器的第一通带的带外阻带的谐振。10.根据权利要求1所述的封装的平面集成双频带滤波器，其特征在于：中间层介质板（2）和底层介质板（3）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。

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