应用于X波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器的制作方法

应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器
技术领域
1.本发明涉及带阻滤波器技术领域，尤其是一种应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器。


背景技术：

2.为了提升通信系统的自适应性及稳定性，通常需要在系统中应用可调带阻滤波器来实现对杂散信号的动态抑制。x波段广泛应用于卫星通信及军用通信，由于该频段宽广具有非常广泛的应用，为了提升该波段通信系统的性能，就需要具有宽调节范围优势的可调带阻滤波器，用以实现对该频段内任意杂散信号的抑制。
3.目前，主流的可调带阻滤波器为采用基片集成波导腔体及基片集成同轴线等具有高q值的谐振器实现可调带阻滤波器，这两类可调带阻滤波器均采用压电致动器实现频率的可调，虽然能够实现较高的阻带抑制，但由于需要采用压电致动器进行频率的调节，所占用的体积较大，且结构也较为复杂。此外，还包括基于mems器件的可调谐带阻滤波器和基于变容二极管的平面可调带阻滤波器，该类带阻滤波器以变容二极管作为调谐器件，或是应用集总元件作为谐振器，或者是以微带线做为谐振器，虽然能够实现非常小的体积，但具有很高的制作成本。且对于变容二极管，其高频的应用一直都是未攻克的难题，目前市面上几乎很难找到适用于x波段的变容二极管，因此所使用的变容二极管在x波段的q值都极低。因此，对于基于变容二极管的平面带阻滤波器，若采用集总元件与变容二极管来搭建，由于高频时集总电感的q值急剧衰减，再加上变容二极管极低的q值，会使该类谐振器在x波段无法构成阻带；而若应用微带谐振器与变容二极管的结合，由于微带谐振器在x波段具有较大的辐射损耗，会使其也无法实现一个良好的性能，且能够实现的频率调节范围也很小。


技术实现要素：

4.本发明解决了由变容二极管进行调谐的平面滤波器无法应用于x波段的难题，通过采用基片集成悬置线通过将主平面微带结构悬浮在空腔中，可以有效地降低微带谐振器的介质损耗和辐射损耗，并可以适当减小变容二极管在x波段q值的骤降的影响，使其实现了一个具有宽调节范围的可调带阻滤波器。
5.为解决上述现有技术问题，本发明提供应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，具有：
6.自上而下叠置的五层基板；
7.微带滤波结构；
8.所述五层基板为第一基板至第五基板，每层基板上和基板下均覆盖有金属层，每层基板在相同位置布局金属化通孔，形成屏蔽腔结构，第二基板和第四基板在金属化通孔限定的屏蔽腔区域内进行部分镂空设置，使第二基板和第四基板与其他基板之间形成空气腔，所述微带滤波结构设在第三基板上，且与空气腔对应设置；
9.所述微带结构具有用于输入输出的传输线及与传输线缝隙耦合的谐振器结构。
10.进一步的，所述谐振器结构具有两个对称设置的微带谐振器，两个微带谐振的开路端相互靠近且分别与传输线缝隙耦合，其另一端分别通过一变容二极管共同接地，两个微带谐振器在靠近变容二极管的一端上分别通过一集总电阻连接外部电源。
11.进一步的，所述微带谐振器为四分之波长阶跃阻抗谐振器。
12.进一步的，每层基板上相对应的金属化通孔相互连接，呈方形柱体。
13.进一步的，每层基板上对应位置设有螺丝孔，所有基板通过螺丝孔连接固定。
14.进一步的，所述第三基板采用rogers5880基板，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，其余基板采用f4bme220基板，介电常数为2.2，损耗角正切为0.001。
15.进一步的，所述金属层的厚度为0.018mm。
16.进一步的，所述第二基板和四基板厚度一致，且其厚度比其他基板厚度厚。
17.进一步的，所述第二基板和第四基板的厚度为1mm。
18.进一步的，所述第一基板、第三基板和第五基板的厚度为0.508mm。
19.本发明的有益效果体现在，(1)本发明采用基片集成悬置线技术，引入空气腔及金属屏蔽腔，减小微带谐振器在x波段的辐射损耗及介质损耗，用以抵消变容二极管在高频时极低q值的影响，实现可应用于x波段的可调带阻滤波器。
20.(2)本发明通过基片集成悬置线技术将微带滤波结构集成到五层基板中，使得在实现带阻滤波功能的情况下，器件所占用体积小，结构简单，且制作成本不高，利于广泛应用。
21.(3)本发明采用两个短路四分之波长阶跃阻抗谐振器，并且在靠近短路端增加一个变容二极管，可以实现一个宽调节范围。
附图说明
22.图1为本发明所提供的整体结构示意图；
23.图2为本发明所提供的第三基板的俯视图；
24.图3为本发明所提供的第三基板的仰视图；
25.图4为本发明所提供的整体侧视图；
26.图5为本发明所提供的s参数的仿真与测试图；
27.图6为本发明所提供的s参数的仿真与测试图。
28.附图标记：1、空气腔；2、螺丝孔；3、传输线；4、微带谐振器；5、变容二极管；6、集总电阻；7、金属化通孔；sub1、第一基板；sub2、第二基板；sub3、第三基板；sub4、第四基板；sub5、第五基板；g1、第一金属层；g2、第二金属层；g3、第三金属层；g4、第四金属层；g5、第五金属层；g6、第六金属层；g7、第七金属层；g8、第八金属层；g9、第九金属层；g10、第十金属层。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.实施例1：
31.参照图1-图4，本发明公开了应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器。可调带阻滤波器包括自上而下叠置的五层基板和微带滤波结构，通过基片集成悬置线技术将微带滤波结构集成到五层基板中，使得在满足带阻滤波功能的前提下，还能将滤波器小型化，使器件所占用体积小，结构简单，且制作成本不高，利于广泛应用。
32.参照图1和图4，为了解决微带滤波结构在x波段的辐射损耗及介质损耗大的问题，在本实施例中，基板为印刷电路板，五层基板从上往下分别为第一基板sub1、第二基板sub2、第三基板sub3、第四基板sub4和第五基板sub5，具体的，基板采用标准的pcb工艺，第三基板sub3采用rogers5880基板，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，而其他层的基板则采用f4bme220基板，介电常数为2.2，损耗角正切为0.001，在每层基板的顶部和底部均设有金属层，总共有10层金属层，从上往下分别为第一金属层g1、第二金属层g2、第三金属层g3、第四金属层g4、第五金属层g5、第六金属层g6、第七金属层g7、第八金属层g8、第九金属层g9和第十金属层g10，每个金属层的厚度为0.018mm，金属层作为电磁屏蔽层，并通过与位于每层基板上布局的金属化通孔7相配合形成屏蔽腔结构，具体的，在每层基板上且选择相同位置处开设金属化通孔7，在单层基板中，金属化通孔7沿基板中心的四周呈方形分布，为了适应于微带滤波结构的布局，金属化通孔7布置采用部分断开设置，因此单层板中，金属化通孔7的布局并非完全呈方形分布，可根据实际进行调整。每层基板上所对应的金属化通孔7连接在一起，形成呈方形柱状结构，并与第一基板sub1的底部的金属层和第五基板sub5顶部的金属层共同构成一个屏蔽腔，以消除大部分的辐射损耗。在五层基板中，第二基板sub2和第四基板sub4厚度一致，且比其他基板厚，厚度为1mm，第二基板sub2和第四基板sub4采用部分镂空设置，其镂空区域位于屏蔽腔内，也即，在第二基板sub2和第四基板sub4上，金属化通孔7分布位于镂空区域的四周，第一基板sub1和第五基板sub5为完整的基板，且在其上下表面都有完整的金属层，镂空的第二基板sub2和第四基板sub4与其他基板结合，构成可调带阻滤波器主体部分上、下两个空气腔1，微带滤波结构的主体部分位于两个空气腔1对应处，有效减小了介质损耗。通过上述方案，由于减小了介质损耗和消除了辐射损耗，使得微带滤波结构中的谐振器在x波段具有较高的q值，因此可以抵消部分变容二极管5在高频时q值极低的影响，使得可调带阻滤波器能够应用于x波段。
33.参照图2和图3，为了解决变容二极管5在x波段q值的骤降的影响，使可调带阻滤波器频率调节范围小的问题，在本实施例中，微带滤波结构包括用于输入输出的传输线3及与传输线缝隙耦合的谐振器结构，传输线3和谐振器结构均设置在最中间基板(也即第三基板sub3)上，且传输线3和谐振器结构的主体部分均位于与空气腔对应的屏蔽腔内，传输线3和谐振器结构的主体部分通过悬置线挂设在第三基板sub3中部，相当于悬挂于两个空气腔1中间，谐振器结构包括两个对称设置的微带谐振器4，两个微带谐振4均为四分之波长阶跃阻抗谐振器，两个微带谐振器4的开路端相互靠近并与传输线3缝隙耦合，两者远离开路端的一端共同短路接地，并分别在靠近短路端的一段断开，在断开处设置一个变容二极管5，利用变容二极管5将断开部分连接，以实现频率的调节，为了给变容二极管5提供电压，在微带谐振器4靠近变容二极管5的一端上通过集总电阻6连接外部电源。具体的，变容二极管5的正极与共同接地端连接，变容二极管5的正极与微带谐振器4连接，两个微带谐振器4短路端通过一段共同的微带连接到金属化通孔7，最终短路到地。通过将靠近谐振器短路端的一
端断开，并且增加一个变容二极管5来实现一个具有较宽频率调节范围的带阻滤波器，同时，采用了两个该谐振器，共同组成二阶阻带响应，并且这两个微带谐振器4通过开路端实现电耦合，通过共同接地的一端实现磁耦合，实现较好的阻带抑制。
34.本发明的工作原理为：通过基片集成悬置线技术，将微带谐振器结构集成到基板中，实现了器件小型化，节省了器件所占用的空间。并在微带谐振器4结构中靠近谐振器短路端的一端断开，在断开处增加一个变容二极管5来实现一个具有较宽频率调节范围的带阻滤波器；同时，为了实现较好的阻带抑制，采用了两个该谐振器，共同组成二阶阻带响应，并且这两个谐振器通过开路端实现电耦合，通过共同接地的一段实现磁耦合。
35.通过在五层基板叠置的区域内形成两个空气腔1，并将微带谐振器4结构的主体部分悬置于两空气腔1上，使带阻滤波器在工作时，传输线3和双模谐振器的场都主要分布在空气腔1中，有效减小了介质损耗。同时，最顶层和最底层的完整的基板及空气腔1四周的金属化通孔7一起构成了一个屏蔽腔，并将带阻滤波器的主体部分都置于屏蔽腔中，将大部分的辐射损耗都消除了。由于减小了介质损耗和消除了辐射损耗，使得所提出的谐振器在x波段具有较高的q值，因此可以抵消一些变容二极管5在高频时q值极低的影响，使得所提出的可调带阻滤波器能够应用于x波段，且能够实现一个较宽的调节范围。
36.在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
37.在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
38.在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
40.在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，
“‑”
和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“a-b”表示大于或等于a，且小于或等于b的范围。“a～b”表示大于或等于a，且小于或等于b的范围。
41.在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于，具有：自上而下叠置的五层基板；微带滤波结构；所述五层基板为第一基板至第五基板，每层基板上和基板下均覆盖有金属层，每层基板在相同位置布局金属化通孔，形成屏蔽腔结构，第二基板和第四基板在金属化通孔限定的屏蔽腔区域内进行部分镂空设置，使第二基板和第四基板与其他基板之间形成空气腔，所述微带滤波结构设在第三基板上，且与空气腔对应设置；所述微带结构具有用于输入输出的传输线及与传输线缝隙耦合的谐振器结构。2.根据权利要求1所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述谐振器结构具有两个对称设置的微带谐振器，两个微带谐振的开路端相互靠近且分别与传输线缝隙耦合，其另一端分别通过一变容二极管共同接地，两个微带谐振器在靠近变容二极管的一端上分别通过一集总电阻连接外部电源。3.根据权利要求2所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述微带谐振器为四分之波长阶跃阻抗谐振器。4.根据权利要求1所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：每层基板上相对应的金属化通孔相互连接，呈方形柱体。5.根据权利要求1所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：每层基板上对应位置设有螺丝孔，所有基板通过螺丝孔连接固定。6.根据权利要求1所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述第三基板采用rogers5880基板，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，其余基板采用f4bme220基板，介电常数为2.2，损耗角正切为0.001。7.根据权利要求1所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述金属层的厚度为0.018mm。8.根据权利要求1所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述第二基板和四基板厚度一致，且其厚度比其他基板厚度厚。9.根据权利要求8所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述第二基板和第四基板的厚度为1mm。10.根据权利要求8所述的应用于x波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，其特征在于：所述第一基板、第三基板和第五基板的厚度为0.508mm。

技术总结
本发明涉及带阻滤波器技术领域，具体涉及应用于X波段的基于基片集成悬置线的可调带阻滤波器，可调带阻滤波器具有自上而下叠置的五层基板和微带滤波结构，每层基板上和基板下均覆盖有金属层，每层基板在相同位置布局金属化通孔，形成屏蔽腔结构，第二基板和第四基板在金属化通孔限定的屏蔽腔区域内进行部分镂空设置，形成空气腔，微带滤波结构设在第三基板上，且与空气腔对应设置，微带结构具有用于输入输出的传输线及与传输线缝隙耦合的谐振器结构。本发明采用基片集成悬置线，引入空气腔及金属屏蔽腔，减小微带谐振器在X波段的辐射损耗及介质损耗，用以抵消变容二极管在高频时极低Q值的影响，实现可应用于X波段的可调带阻滤波器。滤波器。滤波器。


技术研发人员：董元旦 古琳 高阳 马宁 王海龙
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/31