专利名称：基片集成波导－－电子带隙带通滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以应用于微波毫米波电路的设计，亦可用于系统封装(SOP)、系统芯片(SOC)等高度集成系统中微波毫米波集成电路设计的基片集成波导--电子带隙带通滤波器。
背景技术：
微波毫米波带通滤波器在迅速发展的通信系统有着大量的应用。随着宽带通信系统的快速发展，对具有很宽通带的滤波器有着迫切的需求。利用传统的金属脊波导等结构可以形成宽频带微波毫米波带通滤波器。但是这些形式的滤波器首先很难做到非常宽的相对带宽(≥50％)，其次这些形式的带通滤波器体积比较庞大，难以和其他微波毫米波器件集成，第三这些形式的带通滤波器加工成本比较昂贵，加工精度的要求比较高。为了克服这些困难，需要一种具有很宽带宽(≥50％)，体积小，重量轻，加工成本低，易于集成的微波毫米波带通滤波器。
发明内容
本实用新型提供一种既能满足宽带或者超宽带系统中的滤波器需要，又易于将通信系统中微波毫米波电路与微波毫米波高性能滤波器集成在一起的基片集成波导--电子带隙带通滤波器，它具有体积小、易于集成、加工成本比较低廉，频率选择性好的优点，尤其适合于大规模生产和微波毫米波集成电路的设计。
本实用新型采用如下技术方案一种基片集成波导--电子带隙带通滤波器，包括双面覆有分别作为顶面、地面的金属贴片的介质基片，在介质基片上设有基片集成波导，该基片集成波导至少由2行金属化通孔组成，金属贴片由金属化通孔连接，在介质基片的地面上设有电子带隙结构，在介质基片的顶面上设有输入端和输出端且分别与同一基片集成波导连接，电子带隙结构由按阵列排列的同平面紧凑型电子带隙单元组成，至少有1行同平面紧凑型电子带隙单元位于基片集成波导内部区域的地面上，用于构成基片集成波导的金属化通孔分别位于2行同平面紧凑型电子带隙单元的各个电子带隙单元内，该2行同平面紧凑型电子带隙单元分别位于基片集成波导内部区域的同平面紧凑型电子带隙单元的两侧。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点本实用新型利用在介质基片上的两排或多排金属化通孔，形成基片集成波导。本实用新型利用了基片集成波导的高通频选特性和电子带隙结构的带阻特性，将电子带隙结构紧密的和基片集成波导结合在一起，从而形成了高性能的滤波器，同时器件的体积大为减小。在这种滤波器的结构中，所有的结构都可以利用传统的PCB或LTCC工艺实现，同时整个结构主要介质基片上的一系列的金属通孔阵列所构成，从而减少了生产成本，同时有利于这种滤波器在微波毫米波电路设计中的集成；我们设计了一种较好的宽带输入输出耦合结构并将电子带隙结构紧密地和基片集成波导集成在一起；这种滤波器的实现主要是利用基片集成波导的高通频选特性和电子带隙结构的带阻特性来实现。通过调节基片集成波导和电子带隙结构的尺寸，可以形成具有很宽频带和极好选择特性的基片集成波导--电子带隙带通滤波器；这种滤波器设计方法简单，可以通过增加相同电子带隙结构单元的数目，极大地增加滤波器的频选特性。本实用新型具体具有如下优点1)这种滤波器将电子带隙结构(PBG)和基片集成波导(SIW)紧密的集成在一起，器件尺寸比较小，在微波毫米波电路的设计中易于和其他电路集成。这种滤波器可以在介质基片上利用常用的PCB或LTCC工艺实现，滤波器的主体结构均为金属通孔阵列，结构紧凑，满足低成本大规模加工的要求；2)能够在很宽的频带范围内实现高性能的频率选择性，设计方法比较简单，可以通过在输入端与输出端之间增加相同电子带隙结构单元的数目，极大的增加滤波器的频选特性。
图1是本实用新型结构主视图。
图2是本实用新型结构后视图。
图3是本实用新型结构侧视图。
图4是对本实用新型实施例的测试结果图，该测试结果包含了两个SMA接头的插损。
图5本实用新型实施例1的结构后视图。
图6本实用新型实施例2的结构后视图。
图7本实用新型实施例3的结构后视图。
具体实施方式
一种基片集成波导--电子带隙带通滤波器，包括双面覆有分别作为顶面、地面的金属贴片21、22的介质基片3，在介质基片3上设有基片集成波导，该基片集成波导至少由2行金属化通孔1组成，金属贴片21、22由金属化通孔1连接，在介质基片3的地面上设有电子带隙结构，在介质基片3的顶面上设有输入端2和输出端5且分别与同一基片集成波导连接，电子带隙结构由按阵列排列的同平面紧凑型电子带隙单元4组成，至少有1行同平面紧凑型电子带隙单元位于基片集成波导内部区域的地面上，用于构成基片集成波导的金属化通孔分别位于2行同平面紧凑型电子带隙单元的各个电子带隙单元内，该2行同平面紧凑型电子带隙单元分别位于基片集成波导内部区域的同平面紧凑型电子带隙单元的两侧(如图2、图5到图7所示)。
上述金属化通孔可以是2、3、5、8或11行。在本实施例中，可以有1、3、4、6、9或12行同平面紧凑型电子带隙单元位于基片集成波导内部区域的地面上。
对本实用新型的测试表明该滤波器具有很宽的带宽，很好的频率选择性。测试对象是利用PCB技术实现了的有11个单元超宽带基片集成波导--电子带隙带通滤波器(Wideband SIW-PBG Filter)。该滤波器的尺寸为5.5×4.2cm2。
本实用新型采用如下方法来进行对基片集成波导和同平面紧凑型电子带隙单元的尺寸的调节首先我们根据矩形波导和基片集成波导之间的关系来调节构成基片集成波导的金属通孔的直径和间距λcfc=C0/μrϵr---(1.1)]]>上式中fc为常用矩形波导中矩形波导的截止频率，在设计中取该滤波器的工作频率范围内的最低工作频率，λc为常用矩形波导中矩形波导的截止波长，C0为自由空间中光的传播数度，μr为矩形波导中介质的磁相对介电常数，εr为矩形波导中介质的电相对介电常数，由该式我们可以求得矩形波导的截止波长。
λc＝2arec(1.2)arec为对应的矩形波导宽边长度，由(1.2)式我们可以求得所需的矩形波导宽边长度arec1。
λg=λ1-(λλc)2---(1.3)]]>λ工作在频率f时所对应的工作波长，λg为工作在频率f时矩形波导中的波导波长，当取频率f为滤波器的最高工作频率时，由(1.3)式，我们可以求得所需的矩形波导的波导波长λg1，为了最低限度减小基片集成波导侧壁的泄漏，我们选取金属通孔之间的间距VSP小于等于八分之一波导波长λg1，金属通孔的直径大于三十二分之一波导波长λg1同时它也小于十六分之一波导波长λg1。
在确定了构成基片集成波导的金属通孔的直径和间距以后，我们根据以下关系式来求得构成基片集成波导的两行金属通孔之间的间距，亦即基片集成波导的宽度WSIW。
a‾=arecWSIW=ξ1+ξ2VSPD+ξ1+ξ2-ξ3ξ3-ξ1---(1.4)]]>上式中a是归一化因子，它反映了基片集成波导和矩形波导之间的关系，arec矩形波导之间的关系式，ξ1，ξ2，ξ3分别定义如下
ξ1=1.0198+0.3465WSIWVSP-1.0684,ξ2=-0.1183-1.2729WSIWVSP-1.2010,ξ3=1.0082-0.9163WSIWVSP+0.2152---(1.5)]]>我们使用电磁全波算法(时域有限差分算法)对同平面紧凑型电子带隙单元构成的电子带隙结构进行电磁仿真，从而获得了电子带隙结构的阻带频率，我们经过电磁全波算法对电子带隙结构进行优化，使得电子带隙结构的阻带频率和该滤波器的上限工作频率相等，从而获得了电子带隙单元的尺寸。
权利要求1.一种基片集成波导--电子带隙带通滤波器，包括双面覆有分别作为顶面、地面的金属贴片(21、22)的介质基片(3)，在介质基片(3)上设有基片集成波导，该基片集成波导至少由2行金属化通孔(1)组成，金属贴片(21、22)由金属化通孔(1)连接，在介质基片(3)的地面上设有电子带隙结构，在介质基片(3)的顶面上设有输入端(2)和输出端(5)且分别与同一基片集成波导连接，其特征在于电子带隙结构由按阵列排列的同平面紧凑型电子带隙单元(4)组成，至少有1行同平面紧凑型电子带隙单元位于基片集成波导内部区域的地面上，用于构成基片集成波导的金属化通孔分别位于2行同平面紧凑型电子带隙单元的各个电子带隙单元内，该2行同平面紧凑型电子带隙单元分别位于基片集成波导内部区域的同平面紧凑型电子带隙单元的两侧。
专利摘要本实用新型公开了一种基片集成波导－－电子带隙带通滤波器，包括双面覆有分别作为顶面、地面的金属贴片的介质基片，在介质基片上设有基片集成波导，地面上设有电子带隙结构，顶面上设有输入端和输出端且分别与同一基片集成波导连接，电子带隙结构由按阵列排列的同平面紧凑型电子带隙单元组成。本实用新型具有如下优点滤波器将电子带隙结构(PBG)和基片集成波导(SIW)紧密的集成在一起，器件尺寸比较小，在微波毫米波电路的设计中易于和其他电路集成，满足低成本大规模加工的要求；能够在很宽的频带范围内实现高性能的频率选择性，设计方法比较简单，可以通过在输入端与输出端之间增加相同电子带隙结构单元的数目，极大地增加滤波器频选特性。
文档编号H01P3/16GK2796132SQ20052007221
公开日2006年7月12日 申请日期2005年6月1日 优先权日2005年6月1日
发明者洪伟, 郝张成, 陈继新, 吴柯 申请人:东南大学