一种基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器的制作方法

1.本发明涉及一种双通带滤波器。


背景技术：

2.滤波器在射频微波电路和通信系统中是一个关键器件，起着滤除杂波、保留有用信号的作用，其性能的好坏能够决定整个通信系统的性能。在不降低性能的前提下，滤波器朝着成本低、重量轻、体积小、兼容性好的方向发展。双通带滤波器就是一个好的发展方向，申请公布号为cn115425377a、申请公布日为2022年12月2日的中国发明专利申请《一种基于方环加载的双通带平衡滤波器》、申请公布号为cn115425376a、申请公布日为2022年12月2日的中国发明专利申请《一种基于枝节加载的双通带滤波器》分别记载了两种双通带滤波器，都需要非常复杂的电路架构才能实现双通带滤波器。
3.目前双通带滤波器的主流技术是采用有机材料基板。在射频领域中，有机材料基板的介电常数低，相比较于玻璃基板不易于小型化设计。玻璃基板采用晶圆的加工方式，因此相比较于有机材料基板更加易于集成化。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种双通带滤波器，一方面采用简单且易于加工的结构实现小型化，另一方面采用玻璃基板和单层设计，不需要在玻璃基板中加工金属化通孔，克服了玻璃基板中形成金属化通孔的难点。
5.为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，在玻璃基板的仅一侧金属中形成两个口字型架构的环路谐振；第一对平行耦合线节、第一传输线节、第二对平行耦合线节、第二传输线节构成了第一个口字型架构的环路谐振；第二对平行耦合线节、第三传输线节、第三对平行耦合线节、第四传输线节构成了第二个口字型架构的环路谐振；所述两个口字型架构的环路谐振以第二对平行耦合线节呈轴对称。其中，第一对平行耦合线节、第二对平行耦合线节、第三对平行耦合线节相互平行；第一传输线节和第四传输线节在一条直线上，称为第一直线；第一直线与第一对平行耦合线节垂直；第二传输线节和第三传输线节在一条直线上，称为第二直线；第二直线与第一对平行耦合线节垂直；第一对平行耦合线节、第二对平行耦合线节、第三对平行耦合线节构成了双微带线枝节。第一对平行耦合线节、第三对平行耦合线节在第一频率处产生谐振，第二对平行耦合线节在第二频率处产生谐振；所述两个口字型架构的环路谐振和双微带线枝节共同产生两个谐振点形成两个通带；玻璃基板的另一侧金属作为参考地。
6.进一步地，相互平行的第一耦合线节和第二耦合线节构成了第一对平行耦合线节；相互平行的第三耦合线节和第四耦合线节构成了第二对平行耦合线节；相互平行的第五耦合线节和第六耦合线节构成了第三对平行耦合线节。
7.进一步地，第一传输线节的两端分别连接到第二耦合线节的第一端和第六传输线节的第一端，第二耦合线节的第二端开路。
8.进一步地，第二传输线节的两端分别连接到第一耦合线节的第一端和第五传输线节的第一端，第一耦合线节的第一端还连接到端口一，第一耦合线节的第二端开路。
9.进一步地，第三传输线节的两端分别连接到第六耦合线节的第一端和第五传输线节的第一端，第六耦合线节的第二端开路。
10.进一步地，第四传输线节的两端分别连接到第五耦合线节的第一端和第六传输线节的第一端，第五耦合线节的第一端还连接到端口二，第五耦合线节的第二端开路。
11.进一步地，第一传输线节和第四传输线节之间夹着且共同连接着第六传输线节的第一端，第六传输线节的第二端连接第四耦合线节的第一端，第四耦合线节的第二端开路。
12.进一步地，第二传输线节和第三传输线节之间夹着且共同连接着第五传输线节的第一端，第五传输线节的第二端连接第三耦合线节的第一端，第三耦合线节的第二端开路。
13.进一步地，端口一、端口二中的任意一个作为输入端口，另一个作为输出端口。
14.进一步地，第一对平行耦合线节、第三对平行耦合线节以第二对平行耦合线节呈轴对称。
15.本发明取得的技术效果是：第一，本发明的电路结构简单、易于制造，所形成的双通带滤波器的性能优越。第二，本发明采用了玻璃基板，对滤波器小型化、低损耗设计具有显著优势。目前玻璃基板主要的难点是金属化过孔，使玻璃基板不能普遍运用到射频通信系统中，本发明采用单层金属设计，不需要金属化通孔即可实现双频段滤波器功能。
附图说明
16.图1是本发明采用的用于加工微带滤波器的玻璃基板材料的结构示意图。
17.图2是本发明基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器的结构示意图。
18.图3是图2的简化电路结构示意图。
19.图4是本发明的s参数测量结果示意图。
20.图中附图标记说明：1为端口一、2为端口二、11为第一耦合线节、12为第二耦合线节、13为第一传输线节、14为第二传输线节、15为第三耦合线节、16为第五传输线节、21为第五耦合线节、22为第六耦合线节、23为第三传输线节、24为第四传输线节、25为第四耦合线节、26为第六传输线节、90为金属上覆层、92为玻璃层、94为金属下覆层。
具体实施方式
21.请参阅图1，本发明采用的用于加工微带滤波器的玻璃基板材料包括三层：位于中间的是玻璃层92，在玻璃层92的一侧是金属上覆层90，在玻璃层92的另一侧是金属下覆层94。本发明提出的多枝节谐振器微带双通带滤波器的结构是在图1所示的玻璃基板材料上制造。具体来说，本发明是在玻璃基板材料的仅一层金属中形成图2所示的电路结构，同时将玻璃基板材料的另一层金属作为参考地，这样就不需要在玻璃层92中形成金属通孔。例如，电路结构形成在金属上覆层90中，金属下覆层94作为参考地；或者两者互换也是可行的。
22.请参阅图2，本发明在玻璃基板材料的仅一侧金属中形成的多枝节谐振器微带双通带滤波器的电路结构如下。基本上相互平行的第一耦合线节11和第二耦合线节12构成了第一对平行耦合线节。基本上相互平行的第三耦合线节15和第四耦合线节25构成了第二对
平行耦合线节。基本上相互平行的第五耦合线节21和第六耦合线节22构成了第三对平行耦合线节。第一对平行耦合线节、第二对平行耦合线节、第三对平行耦合线节相互之间基本上保持平行。
23.第一传输线节13的两端分别连接到第二耦合线节12的第一端和第六传输线节26的第一端，第二耦合线节12的第二端开路。第二传输线节14的两端分别连接到第一耦合线节11的第一端和第五传输线节16的第一端，第一耦合线节11的第一端还连接到端口一1，第一耦合线节11的第二端开路。第三传输线节23的两端分别连接到第六耦合线节22的第一端和第五传输线节16的第一端，第六耦合线节22的第二端开路。第四传输线节24的两端分别连接到第五耦合线节21的第一端和第六传输线节26的第一端，第五耦合线节21的第一端还连接到端口二2，第五耦合线节21的第二端开路。端口一1、端口二2中的任意一个作为输入端口，另一个作为输出端口。
24.第一传输线节13和第四传输线节24基本在一条直线上，称为第一直线。第一直线与第一对平行耦合线节基本垂直。第一直线与第二对平行耦合线节基本垂直。第一直线与第三对平行耦合线节基本垂直。第一传输线节13和第四传输线节24之间夹着且共同连接着第六传输线节26的第一端，第六传输线节26的第二端连接第四耦合线节25的第一端，第四耦合线节25的第二端开路。
25.第二传输线节14和第三传输线节23基本在一条直线上，称为第二直线。第二直线与第一对平行耦合线节基本垂直。第二直线与第二对平行耦合线节基本垂直。第二直线与第三对平行耦合线节基本垂直。第二直线与第一直线基本平行。第二传输线节14和第三传输线节23之间夹着且共同连接着第五传输线节16的第一端，第五传输线节16的第二端连接第三耦合线节15的第一端，第三耦合线节15的第二端开路。
26.图2所示的多枝节谐振器微带双通带滤波器的电路结构可以简化为图3所示的一对基本平行的传输线。这两条传输线的电长度是θ，基于奇偶模分析的偶模阻抗值是z
0e
，基于奇偶模分析的奇模阻抗值是z
0o
。图3中，位于上方的传输线一例如对应于图2中的第一耦合线节11、端口一1、第二传输线节14、第五传输线节16、第三耦合线节15、第三传输线节23、第六耦合线节22的总和，通过输入端口1提供输入电流i1和输入电压v1。图3中，位于下方的传输线二例如对应于图2中的第二耦合线节12、第一传输线节13、第六传输线节26、第四耦合线节25、第四传输线节24、端口二2、第五耦合线节21的总和，通过输出端口2得到输出电流i2和输出电压v2。
27.公式一是
28.由公式一计算耦合矩阵a，其中j表示虚数单位，cot表示余切函数。可以发现耦合矩阵a是一个两行两列的矩阵，共包含4个矩阵元素。
29.公式二是
30.公式二中，a
12
表示耦合矩阵a的第一行第二列的矩阵元素，a
22
表示耦合矩阵a的第
二行第二列的矩阵元素。公式二是根据耦合矩阵a计算输入端口的单端输入阻抗z
in
。
31.图2所示的多枝节谐振器微带双通带滤波器中，第一对平行耦合线节11和12、第一传输线节13、第二对平行耦合线节15和25、第二传输线节14构成了第一个口字型架构的环路谐振。第二对平行耦合线节15和25、第三传输线节23、第三对平行耦合线节21和22、第四传输线节24构成了第二个口字型架构的环路谐振。这两个口字型架构的环路谐振以第二对平行耦合线节15和25为对称轴基本呈现轴对称关系。第一对平行耦合线节、第二对平行耦合线节、第三对平行耦合线节构成了双微带线枝节(支节)。第一对平行耦合线节11和12、第三对平行耦合线节21和22也是以第二对平行耦合线节15和25为对称轴基本呈现轴对称关系。双通带滤波器需要两个谐振点才能实现两个通带，这就需要许多微带枝节实现谐振，因而电路结构比较复杂而且尺寸较大。本发明创新性地采用两个口字型架构的环路谐振和双微带线枝节共同产生两个谐振点形成两个通带，其中第一对平行耦合线节11和12、第三对平行耦合线节21和22在第一频率f1处产生谐振，第二对平行耦合线节15和25在第二频率f2处产生谐振。根据所需要的第一频率f1、第二频率f2就能计算出输入端口的输入阻抗、输出端口的输入阻抗，进而通过调整图2中各部分的长度、宽度就能调整两个谐振频率和整个滤波器的阻抗值，进而完成双通带滤波器的设计。本发明的电路架构简单、尺寸较小、性能优越。
32.请参阅图4，这是本发明基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器的散射参数(s参数)的示意图。本发明涉及一种双通带滤波器，而衡量双通带设计的效果就是s参数。图4中，实线所示的s11表示反射系数，虚线所示的s21表示正向传输系数。一般在通带内s11小于-10db、s21越接近零越好；通带外s11越接近零越好、s21小于-10db。图3中示例性地表示出两个通带分别是4ghz、4.75ghz。并且本发明可在通带内实现s11小于-25db、s21在-1db和0之间；本发明可在通带外实现s11在-2db和0之间、s21小于-17db。这充分说明本发明实现的双通带滤波器具有良好的双通带性能。根据图2所示电路结构中各部分的形状、尺寸的不同取值，最终形成的两个通带中心频率也将随之发生变化。
33.与cn115425377a、cn115425376a之相比，本发明采用了更加简单的电路架构就能实现多枝节谐振器微带双通带滤波器。并且本发明采用玻璃基板，不需要在玻璃层中形成金属通孔，制造更为简便。
34.以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，在玻璃基板的仅一侧金属中形成两个口字型架构的环路谐振；第一对平行耦合线节、第一传输线节、第二对平行耦合线节、第二传输线节构成了第一个口字型架构的环路谐振；第二对平行耦合线节、第三传输线节、第三对平行耦合线节、第四传输线节构成了第二个口字型架构的环路谐振；所述两个口字型架构的环路谐振以第二对平行耦合线节呈轴对称；其中，第一对平行耦合线节、第二对平行耦合线节、第三对平行耦合线节相互平行；第一传输线节和第四传输线节在一条直线上，称为第一直线；第一直线与第一对平行耦合线节垂直；第二传输线节和第三传输线节在一条直线上，称为第二直线；第二直线与第一对平行耦合线节垂直；第一对平行耦合线节、第二对平行耦合线节、第三对平行耦合线节构成了双微带线枝节；第一对平行耦合线节、第三对平行耦合线节在第一频率处产生谐振，第二对平行耦合线节在第二频率处产生谐振；所述两个口字型架构的环路谐振和双微带线枝节共同产生两个谐振点形成两个通带；玻璃基板的另一侧金属作为参考地。2.根据权利要求1所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，相互平行的第一耦合线节和第二耦合线节构成了第一对平行耦合线节；相互平行的第三耦合线节和第四耦合线节构成了第二对平行耦合线节；相互平行的第五耦合线节和第六耦合线节构成了第三对平行耦合线节。3.根据权利要求2所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第一传输线节的两端分别连接到第二耦合线节的第一端和第六传输线节的第一端，第二耦合线节的第二端开路。4.根据权利要求2所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第二传输线节的两端分别连接到第一耦合线节的第一端和第五传输线节的第一端，第一耦合线节的第一端还连接到端口一，第一耦合线节的第二端开路。5.根据权利要求2所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第三传输线节的两端分别连接到第六耦合线节的第一端和第五传输线节的第一端，第六耦合线节的第二端开路。6.根据权利要求2所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第四传输线节的两端分别连接到第五耦合线节的第一端和第六传输线节的第一端，第五耦合线节的第一端还连接到端口二，第五耦合线节的第二端开路。7.根据权利要求3或6所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第一传输线节和第四传输线节之间夹着且共同连接着第六传输线节的第一端，第六传输线节的第二端连接第四耦合线节的第一端，第四耦合线节的第二端开路。8.根据权利要求4或5所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第二传输线节和第三传输线节之间夹着且共同连接着第五传输线节的第一端，第五传输线节的第二端连接第三耦合线节的第一端，第三耦合线节的第二端开路。9.根据权利要求4或6所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，端口一、端口二中的任意一个作为输入端口，另一个作为输出端口。10.根据权利要求1所述的基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，其特征是，第一对平行耦合线节、第三对平行耦合线节以第二对平行耦合线节呈轴对称。

技术总结
本发明公开了一种基于玻璃基板的多枝节谐振器微带双通带滤波器，在玻璃基板的仅一侧金属中形成两个口字型架构的环路谐振；第一对平行耦合线节、第一传输线节、第二对平行耦合线节、第二传输线节构成了第一个口字型架构的环路谐振；第二对平行耦合线节、第三传输线节、第三对平行耦合线节、第四传输线节构成了第二个口字型架构的环路谐振；所述两个口字型架构的环路谐振以第二对平行耦合线节呈轴对称。所述两个口字型架构的环路谐振和双微带线枝节共同产生两个谐振点形成两个通带；玻璃基板的另一侧金属作为参考地。本发明的电路结构简单、易于制造、性能优越。本发明采用了玻璃基板，不需要金属化通孔。不需要金属化通孔。不需要金属化通孔。


技术研发人员：代法亮 许明伟 樊晓兵
受保护的技术使用者：深圳市汇芯通信技术有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/13