本發(fā)明涉及基片集成波導(dǎo)濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器。

背景技術(shù)：

隨著移動通信和衛(wèi)星通信等方面的迅猛發(fā)展，對微波集成電路提出了更高的要求。高可靠的設(shè)備要求微波集成電路在滿足電氣性能指標(biāo)的同時，應(yīng)盡可能減小電路占用面積。高品質(zhì)因數(shù)(Q值)、等時延、帶內(nèi)低插入損耗、帶外高抑制特性的窄帶帶通濾波器越來越多的被人們重視。其中高品質(zhì)因數(shù)和等時延不會對信號的相位產(chǎn)生影響；較低的帶內(nèi)插損則不會在過濾信號時對有用的頻譜產(chǎn)生影響；帶外較高的抑制特性則會對無用的頻譜信號進行抑制，從而使得獲取的信號更容易被識別，不會為噪聲所影響。

基片集成波導(dǎo)技術(shù)是基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)集成化思想而提出的，它一般通過在雙面覆銅的低損耗介質(zhì)基片上下金屬面間引入周期性金屬化通孔陣列，這樣上下金屬面相當(dāng)于介質(zhì)填充矩形波導(dǎo)的寬邊。自基片集成波導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生以后，首先被大量的應(yīng)用到各種帶通濾波器的設(shè)計中，通過引入多個傳輸零點來改善其頻選特性的同時，會由于多個諧振器的存在造成電路面積的增大和通帶內(nèi)插入損耗的惡化。

經(jīng)對現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)濾波器進行檢索后發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)小型化，將基片集成波導(dǎo)垂直堆疊，如IEEE TRANS.ON MICROWAVE AND THEORY TECHNOLOGY第55卷中發(fā)表的濾波器(Design of vertically stacked waveguide filters in LTCC)一文，通過級聯(lián)四個基片集成波導(dǎo)諧振器來獲取準橢圓特性，從而達到改善邊帶陡峭性的目的。然而，其需要多層工藝才能實現(xiàn)，通帶的寄生特性較差，對于無用信號即噪聲的抑制度不夠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器，其可以看成是由兩個二階基片集成波導(dǎo)濾波器級聯(lián)而成，改變了兩個二階濾波器的耦合系數(shù)性質(zhì)，可以獨立控制該三階濾波器的傳輸零點，從而達到改善濾波器頻率選擇性的目的。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器，其包括：依次堆疊分布的頂面金屬層、第一中間金屬層、第二中間金屬層以及底面金屬層，其中，

所述頂面金屬層與所述第一中間金屬層之間、所述第一中間金屬層與所述第二中間金屬層之間以及所述第二中間金屬層與所述底面金屬層之間分別設(shè)置有：第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板以及第三介質(zhì)基板；

所述第一介質(zhì)基板、所述第二介質(zhì)基板以及所述第三介質(zhì)基板上分別形成第一諧振腔、第二諧振腔以及第三諧振腔；

頂面金屬層上設(shè)置有輸入端口，所述底面金屬層上設(shè)置有輸出端口；

所述第一中間金屬層用于調(diào)節(jié)所述第一諧振腔與所述第二諧振腔之間的磁耦合系數(shù)，以獲取第一傳輸零點；

所述第二中間金屬層用于調(diào)節(jié)所述第二諧振腔與所述第三諧振腔之間的電耦合系數(shù)，以獲取第二傳輸零點。

較佳地，所述第一介質(zhì)基板、所述第二介質(zhì)基板以及所述第三介質(zhì)基板中設(shè)置有金屬化過孔。

較佳地，所述第一介質(zhì)基板中的金屬化過孔包括多個，且多個所述金屬化過孔沿所述第一介質(zhì)基板的邊緣呈陣列排布，以形成所述第一諧振腔；和/或，

所述第二介質(zhì)基板中的金屬化過孔包括多個，且多個所述金屬化過孔沿所述第二介質(zhì)基板的邊緣呈陣列排布，以形成所述第二諧振腔；和/或，

所述第三介質(zhì)基板中的金屬化中的金屬化過孔包括多個，且多個所述金屬化過孔沿所述第三介質(zhì)基板的邊緣呈陣列排布，以形成所述第三諧振腔。

較佳地，所述第一中間金屬層上設(shè)置有：第一開孔以及第一開槽，用于在低邊帶獲取第一傳輸零點；

所述第二中間金屬層上設(shè)置有：第二開孔以及第二開槽，用于在高邊帶獲取第二傳輸零點。

較佳地，所述第一開孔的尺寸、所述第一開孔偏離所述第一中間金屬層的中心位置以及所述第一開槽的尺寸用于調(diào)節(jié)所述第一傳輸零點的位置。

較佳地，所述第二開孔的尺寸、所述第二開孔偏離所述第二中間金屬層的中心位置的距離以及所述第二開槽的尺寸用于調(diào)節(jié)所述第二傳輸零點的位置。

較佳地，所述第一開槽的尺寸以及所述第二開孔的尺寸分別用于調(diào)節(jié)所述磁耦合系數(shù)以及所述電耦合系數(shù)的大小。

較佳地，所述輸入端口以及所述輸出端口為化學(xué)腐蝕出的共面波導(dǎo)微帶電路。

較佳地，所述輸入端口與所述輸出端口相對于所述堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器呈中心對稱結(jié)構(gòu)。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明提供的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器，可以看成是兩個二階集成波導(dǎo)濾波器的垂直堆疊，通過分析兩個基片集成波導(dǎo)濾波器之間的混合電、磁耦合，實現(xiàn)可以控制的傳輸零點從而得到較好的頻率選擇性；

(2)本發(fā)明通過在中間層開開孔及開槽的方法，調(diào)節(jié)電磁耦合強度，獲取額外的傳輸零點，對比現(xiàn)有的濾波器結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在不改變幾何尺寸同時，大大改善了其頻選和諧波抑制特性；

(3)本發(fā)明將混合耦合引入至三階基片集成波導(dǎo)交叉耦合濾波器中，在傳統(tǒng)三階基片集成波導(dǎo)交叉耦合結(jié)構(gòu)中得到了準橢圓特性，采用新穎的堆疊耦合拓撲來實現(xiàn)高性能基片集成波導(dǎo)元件，大大改善了其頻選特性的同時又不會造成電路面積的增大和通帶內(nèi)插入損耗的惡化；

(4)本發(fā)明的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器，采用化學(xué)腐蝕，即印刷電路板的結(jié)構(gòu)，便于加工。

當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明：

圖1為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明的實施例的磁耦合占控制地位的二階基片集成波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2b為圖2a的俯視圖；

圖2c為圖2a的二階基片集成波導(dǎo)濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線圖；

圖2d為磁耦合占控制地位時，耦合系數(shù)隨圓孔尺寸rad1、偏移中心腔體的距離diff1及縫隙長度Ls1的變化情況圖；

圖3a為本發(fā)明的實施例的電耦合占控制地位的二階基片集成波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)圖；

圖3b為圖3a的俯視圖；

圖3c為圖3a的二階基片集成波導(dǎo)濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線圖；

圖4為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器中帶寬隨Ls1，rad2的變化情況圖；

圖5a為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器的輸入端口的尺寸示意圖；

圖5b為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器的輸出端口的尺寸示意圖；

圖6a為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器的傳輸零點隨L3的變化圖；

圖6b為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器的傳輸零點隨L4的變化圖；

圖7為本發(fā)明的實施例的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性曲線圖。

標(biāo)號說明：1-頂面金屬層，2-第一中間金屬層，3-第二中間金屬層，4-底面金屬層，5-第一介質(zhì)基板，6-第二介質(zhì)基板，7-第三介質(zhì)基板，8-輸入端口，9-輸出端口，10-第一開孔，11-第二開孔，12-第一開槽，13-第二開槽。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

結(jié)合圖1-圖7，對本發(fā)明的堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器進行詳細描述，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其包括：依次堆疊的頂面金屬層1、第一中間金屬層2、第二中間金屬層3以及底面金屬層4，頂面金屬層1與第一中間金屬層2之間設(shè)置有第一介質(zhì)基板5，第一中間金屬層2和第二中間金屬層3之間設(shè)置有第二介質(zhì)基板6，第二中間金屬層2與底面金屬層4之間設(shè)置有第三介質(zhì)基板7；頂面金屬層1上設(shè)置有輸入接口8，底面金屬層4上設(shè)置有輸出接口9。第一介質(zhì)基板5、第二介質(zhì)基板6以及第三介質(zhì)基板7上分別形成第一諧振腔、第二諧振腔以及第三諧振腔。

本實施例中，通過在第一介質(zhì)基板5、第二介質(zhì)基板6以及第三介質(zhì)基板7中分別設(shè)置多個金屬化通孔，多個金屬化通孔沿介質(zhì)基板的邊緣呈陣列分布，分別形成第一諧振腔、第二諧振腔以及第三諧振腔。

本發(fā)明的設(shè)計原理為：交叉耦合系數(shù)矩陣可表現(xiàn)為：

通過該系數(shù)矩陣我們可以得到兩個傳輸零點：

Ω1＝M23·M3L/M2L

Ω2＝MS1·M12/MS2

以磁耦合為主的M12和以電耦合為主M23分別控制著這兩個傳輸零點，當(dāng)兩者方向相反時，就可以在高低邊帶得到兩個傳輸零點，從而增加了帶外抑制，得到較好的頻率選擇性。

本實施例的濾波器，將混合耦合引入至三階基片集成波導(dǎo)交叉耦合濾波器中，在傳統(tǒng)三階基片集成波導(dǎo)交叉耦合結(jié)構(gòu)中得到了準橢圓特性，采用新穎的堆疊耦合拓撲來實現(xiàn)高性能基片集成波導(dǎo)元件，大大改善了其頻選特性的同時而不會造成電路面積的增大和通帶內(nèi)插入損耗的惡化。本實施例可以看成是兩個二階基片集成波導(dǎo)濾波器的組合，一個為第一諧振腔和第二諧振腔組成的濾波器I，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2a所示，其是磁耦合占控制地位，其俯視圖如圖2b所示，其中標(biāo)出了第一開孔的直徑rad1，第一開孔偏離第一中間金屬層的中心的距離diff1，第一開槽的長度Ls1，圖2c給出了輸入端口到輸出端口的傳輸特性|S21|的變化情況，圖2d給出了磁耦合占控制地位時，耦合系數(shù)隨圓孔尺寸rad1、偏移中心腔體的距離diff1及縫隙長度Ls1的變化情況圖，第一開孔的尺寸越小，第一開槽越長，則磁耦合越強，可以通過第一開孔的尺寸rad1、第一開孔偏離第一中間金屬層的中心位置的距離diff1以及第一開槽的尺寸Ls1在低邊帶獲取第一傳輸零點。另一個為第二諧振腔和第三諧振腔組成的濾波器II，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3a所示，其是電耦合占控制地位，其俯視圖如圖3b所示，其中標(biāo)出了一二開孔的直徑rad2，第二開孔偏離第二中間金屬層的中心位置的距離diff2，第一開槽的長度Ls2，圖3c給出了輸出端口到輸出端口的傳輸特性|S21|的變化情況，第二開孔11的尺寸越大，第二開槽13越短，則電耦合越強，可以通過調(diào)節(jié)第二開孔的尺寸rad2、第二開孔偏離第二中間金屬層的中心位置的距離diff2以及第二開槽的尺寸Ls2在高邊帶獲得第二傳輸零點。

諧振腔內(nèi)部中心處電場最強而磁場最弱。將諧振腔按垂直方向堆疊在一起，組成一個二階濾波器。腔體中間層導(dǎo)體面中心處開開孔，主要影響二階諧振腔的電耦合，通過調(diào)整開孔的尺寸及離中心腔體的偏移距離即可控制電耦合系數(shù)，孔徑越大，距離中心腔體的偏移距離越短則腔體間的電耦合越強。同理在腔體中間層導(dǎo)體面四周開開槽可以影響上下腔體的磁耦合，調(diào)整開槽的尺寸即可控制磁耦合系數(shù)，開槽越長則腔體間的磁耦合越強。

如圖4給出了堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器中帶寬隨Ls1，rad2的變化情況圖，可以通過調(diào)節(jié)Ls1，rad2的尺寸控制帶寬，Ls1，rad2數(shù)值越大，磁耦合系數(shù)M12和電耦合系數(shù)M23則相應(yīng)變大，則帶寬越寬。

如圖5a、5b分別給出了輸入端口8、輸出端口9的尺寸圖，當(dāng)L3、L4變化時，傳輸零點的位置也跟著變化，如圖6a、6b分別給出了傳輸零點隨L3、L4的變化情況圖，當(dāng)L3變大時，MS1相應(yīng)的變大，從而傳輸零點向低邊帶偏移，反之當(dāng)L4變大時，M3L變大，傳輸零點向高邊帶偏移。

如圖7給出了堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器的輸入端口到輸出端口的傳輸特性|S21|的仿真結(jié)果，確定了其工作帶寬、兩個傳輸零點位置，驗證了本實施例的濾波器的效果。

本實施例中，輸入接口8和輸出接口9相對于堆疊式三階基片集成波導(dǎo)濾波器呈中心對稱結(jié)構(gòu)，便于結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

較佳實施例中，頂面金屬層1上的輸入接口8和底面金屬層4上的輸出接口9是通過化學(xué)腐蝕制作的共面波導(dǎo)微帶電路，加工簡單方便。

此處公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并不是對本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。