CN110336103A

CN110336103A - 一种频带可调滤波器

Info

Publication number: CN110336103A
Application number: CN201910694251.7A
Authority: CN
Inventors: 王旭
Original assignee: Huaqin Telecom Technology Co Ltd
Current assignee: Huaqin Telecom Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN110336103B

Abstract

本发明实施例涉及滤波器技术领域，公开了一种频带可调滤波器，包括：介质基板；分别设置在介质基板正面和反面的上表面金属贴片和下表面金属贴片；位于介质基板的边缘位置、且贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的周边金属化过孔；位于介质基板的中央位置、且贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的多个未金属化通孔，多个未金属化通孔用于容置铜柱以调节滤波器的谐振频率。本发明方式中提供的频带可调滤波器，设计简单，且在实际滤波器频率调谐的过程中操作简单、实用性强。

Description

一种频带可调滤波器

技术领域

本发明实施例涉及滤波器技术领域，特别涉及一种频带可调滤波器。

背景技术

一直以来可调滤波器的设计主要集中在微带和腔体结构，对于基片集成波导结构可调滤波器的设计很少。基片集成波导是通过在双面覆铜的介质基板上下金属面间引入周期性金属化通孔阵列来实现的一种波导结构。基片集成波导的传播特性与相应的介质填充金属波导类似。基片集成波导具有与金属波导相类似的高品质因数、平面化、易集成、功率容量大等优点，同时由于能够利用柔性电路板PCB或低温共烧陶瓷LTCC工艺来实现，还具有体积小、重量轻、成本低、易于加工、易于实现平面集成等传统金属波导不具备的优点。

然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的基片集成波导可调滤波器是通过可调电容或者开关方法实现，但这些方法设计复杂，实际滤波器频率调谐的过程中不易操作。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种频带可调滤波器，设计简单，且在实际滤波器频率调谐的过程中操作简单、实用性强。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种频带可调滤波器，包括：介质基板；分别设置在介质基板正面和反面的上表面金属贴片和下表面金属贴片；位于介质基板的边缘位置、且贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的周边金属化过孔；位于介质基板的中央位置、且贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的多个未金属化通孔，多个未金属化通孔用于容置铜柱以调节滤波器的谐振频率。

本发明实施方式相对于现有技术而言提供了一种频带可调滤波器，包括：分别在介质基板正面和反面设置上表面金属贴片和下表面金属贴片，并在介质基板的边缘位置、贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片设置有周边金属化通孔，从而形成基片集成波导，通过在基片集成波导的中央位置设置多个贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的未金属化通孔，设计结构简单，且通过在该多个未金属化通孔的不同位置处插入铜柱以改变滤波器的谐振频率，实际滤波器频率调谐的过程操作简单、实用性强。

另外，未金属化通孔的数目为9个，9个未金属化通孔以3×3阵列的方式排列在介质基板的中央位置。

另外，相邻两个未金属化通孔的中心轴线的间距范围为2毫米-3毫米、未金属化通孔的直径范围为1毫米-1.5毫米。

另外，介质基板呈正方形。

另外，介质基板的边长范围为28毫米-32毫米。

另外，相邻两个周边金属化过孔的中心轴线的间距范围为1.3毫米-1.7毫米、周边金属化过孔的直径范围为0.7毫米-0.9毫米。

另外，还包括：分别设置于介质基板的对角的第一金属化过孔和第二金属化过孔，第一金属化过孔和第二金属化过孔位于周边金属化过孔和未金属化通孔之间；第一金属化过孔和第二金属化过孔均贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片。

另外，第一金属化过孔的中心轴线和第二金属化过孔的中心轴线与周边金属化过孔的中心轴线的垂直距离范围均为4.5毫米-4.7毫米。

另外，设置于上表面金属贴片的输入端馈线和输出端馈线，输入端馈线的延伸方向与输出端馈线的延伸方向垂直。

另外，输入端馈线与输出端馈线的馈线宽度范围均为1.5毫米-1.7毫米、输入端馈线与输出端馈线的馈线长度范围均为7.4毫米-7.6毫米、输入端馈线与输出端馈线的馈线缝宽范围均为0.7毫米-0.9毫米、输入端馈线与输出端馈线的馈线缝长范围均为5.9毫米-6.1毫米。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中未插入铜柱的电场分布示意图；

图3是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中未插入铜柱的S参数示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中插入一根铜柱的电场分布示意图；

图5是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中插入一根铜柱的S参数示意图；

图6是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中插入四根铜柱的电场分布示意图；

图7是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中插入四根铜柱的S参数示意图；

图8是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中插入八根铜柱的电场分布示意图；

图9是根据本发明第一实施方式的频带可调滤波器中插入八根铜柱的S参数示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种频带可调滤波器，本实施方式的核心在于，包括：介质基板；分别设置在介质基板正面和反面的上表面金属贴片和下表面金属贴片；位于介质基板的边缘位置、且贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的周边金属化过孔；位于介质基板的中央位置、且贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的多个未金属化通孔，多个未金属化通孔用于容置铜柱以调节滤波器的谐振频率。本发明实施方式中分别在介质基板正面和反面设置上表面金属贴片和下表面金属贴片，并在介质基板的边缘位置、贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片设置有周边金属化通孔，从而形成基片集成波导，通过在基片集成波导的中央位置设置多个贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的未金属化通孔，设计结构简单，且通过在该多个未金属化通孔的不同位置处插入铜柱以改变滤波器的谐振频率，实际滤波器频率调谐的过程操作简单、实用性强。

下面对本实施方式的频带可调滤波器的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的频带可调滤波器的结构示意图如图1所示：

需要说明的是，本实施方式中是基于Rogers 5880、厚度为0.508毫米，相对介电常数为2.2，损耗正切为0.0009的介质基板进行设计并加工。

本实施方式中频带可调滤波器的基片集成波导包括：在介质基板正面和反面设置上表面金属贴片和下表面金属贴片，并在介质基板的边缘位置、贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片设置有周边金属化通孔。其中，介质基板呈正方形，介质基板的边长a范围为28毫米-32毫米。优选地，介质基板的边长a具体为30毫米。相邻两个周边金属化过孔的中心轴线的间距p范围为1.3毫米-1.7毫米、周边金属化过孔的直径d范围为0.7毫米-0.9毫米，其中，相邻两个周边金属化过孔的中心轴线的间距p与周边金属化过孔的直径d相关，p/d<2。优选地，相邻两个周边金属化过孔的中心轴线的间距p为1.5毫米，周边金属化过孔的直径d为0.8毫米。本实施方式中介质基板的形状、尺寸大小、周边金属化过孔的直径以及间距是根据滤波器所需的中心频率进行仿真设计所得到的，实际应用中介质基板的形状不仅可以为正方形，也可以为长方形或其他形状，其尺寸大小以及周边金属化过孔的直径和间距根据具体的中心频率进行仿真设计得到。

另外，基片集成波导还包括：设置于上表面金属贴片的输入端馈线和输出端馈线，输入端馈线的延伸方向与输出端馈线的延伸方向垂直。即就是说，基片集成波导的输入输出采用直角耦合的方式，从而有利于滤波器在TE₁₀₂和TE₂₀₁传输模式下在第二通带产生零点。其中，输入端馈线与输出端馈线的馈线宽度W1范围均为1.5毫米-1.7毫米、输入端馈线与输出端馈线的馈线长度L1范围均为7.4毫米-7.6毫米、输入端馈线与输出端馈线的馈线缝宽Wslot范围均为0.7毫米-0.9毫米、输入端馈线与输出端馈线的馈线缝长Lslot范围均为5.9毫米-6.1毫米。优选地，馈线宽度W1为1.6毫米，馈线长度L1为7.5毫米，馈线缝宽Wslot为0.8毫米，馈线缝长Lslot为6毫米。

本方案中在基片集成波导的中心位置设计9个未金属化通孔，9个未金属化通孔以3×3阵列的方式排列在介质基板的中央位置，通过在未金属化通孔的不同位置处插入铜柱微扰电场以实现中心频率可调的滤波器。由于未金属化通孔的直径和插入铜柱的直径相差不大，因此，未金属化通孔的直径d1不宜太小，直径d1范围可以为1毫米-1.5毫米，优选地，未金属化通孔的直径d1为1.2毫米。另外，相邻两个未金属化通孔的中心轴线的间距ds范围为2毫米-3毫米，优选地，相邻两个未金属化通孔的中心轴线的间距ds为2.2毫米。

进一步地，为了增加扰动，本实施方式中在基片集成波导的斜对角设置有两个金属化微扰孔(第一金属化过孔和第二金属化过孔)，第一金属化过孔和第二金属化过孔位于周边金属化过孔和未金属化通孔之间；第一金属化过孔和第二金属化过孔均贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片。其中，第一金属化过孔的中心轴线和第二金属化过孔的中心轴线与周边金属化过孔的中心轴线的垂直距离t范围均为4.5毫米-4.7毫米。优选地，垂直距离t为4.7毫米。

下面结合本实施方式中频带可调滤波器的仿真实验结果对本实施方式进行具体说明：

本实施方式中实验参数具体如下表1所示：

本实施方式中以频带可调滤波器的四种状态，在TE₁₀₁、TE₁₀₂和TE₂₀₁三种模式下的电场分布为例进行说明：

状态1：在未金属化通孔中未插入铜柱。此时，滤波器在三种不同模式下的电场分布如图2(a)、(b)和(c)所示；s参数仿真示意图如图3所示，其中，虚线Measured为预测曲线，实线Simulated为仿真曲线；滤波器中心频率为5.25/8.35GHz、带宽为4.4/4.6％、插入损耗为1.8/2.1dB、回波损耗为21.2/18.1dB。

状态2：在未金属化通孔的正中心位置插入一根铜柱、其余未金属化通孔均为空。此时，滤波器在三种不同模式下的电场分布如图4(a)、(b)和(c)所示，相比于图2可以看出，在未金属化通孔的正中心位置插入一根铜柱后，TE₁₀₁模式下的电场受到了严重扰动，TE₁₀₂和TE₂₀₁模式下的电场没有被扰动，所以TE₁₀₁模式下滤波器的谐振频率会向高频移动，而TE₁₀₂和TE₂₀₁模式下滤波器的谐振频率不变。s参数仿真示意图如图5所示，其中，虚线Measured为预测曲线，实线Simulated为仿真曲线；滤波器中心频率为6.65/8.42GHz、带宽为5/4.6％、插入损耗为1.92/2.4dB、回波损耗为22.5/17.2dB。

状态3：在未金属化通孔的对称位置插入四根铜柱、其余未金属化通孔均为空。此时，滤波器在三种不同模式下的电场分布如图6(a)、(b)和(c)所示，相比于图2可以看出，在未金属化通孔的对称位置插入四根铜柱后，三种模式下的电场均受到的扰动程度加深，谐振频率均向高频移动。s参数仿真示意图如图7所示，其中，虚线Measured为预测曲线，实线Simulated为仿真曲线；滤波器中心频率为7.9/9.02GHz、带宽为4.1/5.3％、插入损耗为2.0/2.23dB、回波损耗为23.1/13.4dB。

状态4：在未金属化通孔插入八根铜柱、未金属化通孔的正中心位置为空。此时，滤波器在三种不同模式下的电场分布如图8(a)、(b)和(c)所示，相比于图2可以看出，TE₁₀₁、TE₁₀₂和TE₂₀₁三种模式的电场扰动更加明显，三种模式的谐振频率明显向高频移动。s参数仿真示意图如图9所示，其中，虚线Measured为预测曲线，实线Simulated为仿真曲线；滤波器中心频率为8.61/9.45GHz、带宽为3.7/5.7％、插入损耗为1.95/2.45dB、回波损耗为24.1/14.6dB。

与现有技术相比，本发明实施方式提供了一种频带可调滤波器，分别在介质基板正面和反面设置上表面金属贴片和下表面金属贴片，并在介质基板的边缘位置、贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片设置有周边金属化通孔，从而形成基片集成波导，通过在基片集成波导的中央位置设置多个贯穿上表面金属贴片和下表面金属贴片的未金属化通孔，设计结构简单，且通过在该多个未金属化通孔的不同位置处插入铜柱以改变滤波器的谐振频率，实际滤波器频率调谐的过程操作简单、实用性强。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种频带可调滤波器，其特征在于，包括：

介质基板；

分别设置在所述介质基板正面和反面的上表面金属贴片和下表面金属贴片；

位于所述介质基板的边缘位置、且贯穿所述上表面金属贴片和所述下表面金属贴片的周边金属化过孔；

位于所述介质基板的中央位置、且贯穿所述上表面金属贴片和所述下表面金属贴片的多个未金属化通孔，所述多个未金属化通孔用于容置铜柱以调节滤波器的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的频带可调滤波器，其特征在于，所述未金属化通孔的数目为9个，9个所述未金属化通孔以3×3阵列的方式排列在所述介质基板的中央位置。

3.根据权利要求2所述的频带可调滤波器，其特征在于，相邻两个所述未金属化通孔的中心轴线的间距范围为2毫米-3毫米、所述未金属化通孔的直径范围为1毫米-1.5毫米。

4.根据权利要求1所述的频带可调滤波器，其特征在于，所述介质基板呈正方形。

5.根据权利要求4所述的频带可调滤波器，其特征在于，所述介质基板的边长范围为28毫米-32毫米。

6.根据权利要求5所述的频带可调滤波器，其特征在于，相邻两个所述周边金属化过孔的中心轴线的间距范围为1.3毫米-1.7毫米、所述周边金属化过孔的直径范围为0.7毫米-0.9毫米。

7.根据权利要求4所述的频带可调滤波器，其特征在于，还包括：分别设置于所述介质基板的对角的第一金属化过孔和第二金属化过孔，所述第一金属化过孔和所述第二金属化过孔位于所述周边金属化过孔和所述未金属化通孔之间；

所述第一金属化过孔和所述第二金属化过孔均贯穿所述上表面金属贴片和所述下表面金属贴片。

8.根据权利要求7所述的频带可调滤波器，其特征在于，所述第一金属化过孔的中心轴线和所述第二金属化过孔的中心轴线与所述周边金属化过孔的中心轴线的垂直距离范围均为4.5毫米-4.7毫米。

9.根据权利要求1所述的频带可调滤波器，其特征在于，还包括：设置于所述上表面金属贴片的输入端馈线和输出端馈线，所述输入端馈线的延伸方向与所述输出端馈线的延伸方向垂直。

10.根据权利要求9所述的频带可调滤波器，其特征在于，所述输入端馈线与所述输出端馈线的馈线宽度范围均为1.5毫米-1.7毫米、所述输入端馈线与所述输出端馈线的馈线长度范围均为7.4毫米-7.6毫米、所述输入端馈线与所述输出端馈线的馈线缝宽范围均为0.7毫米-0.9毫米、所述输入端馈线与所述输出端馈线的馈线缝长范围均为5.9毫米-6.1毫米。