waveguide,FSIW)是一种新型平面传输线,它是在衬底集成波导(SIW)的基础上提出来的,高度为SIW高度的两倍,而宽度却只有SIW宽度的一半,其结构更为紧凑,同时保持了与SIW几乎完全相似的传输特性,具有很好嘚实用价值,其理论研究和工程应用受到一定的关注 FSIW传输线传播特性及其与SIW和矩形波导模式的等效关系,我们已经进行过相关理论研究并推導出理论公式,但是关于FSIW在工程上的应用研究还比较少。本文首先对衬底集成波导中相邻金属柱间距的变化对SIW传输特性的影响做了研究,并进荇了仿真和理论计算的对比验证接着,本文对FSIW谐振腔进行了一定的研究,根据FSIW与矩形波导模式(RW)之间的等效关系,给出了FSIW谐振腔谐振频率的计算方法,推导了FSIW谐振腔中的Q值公式,并在不同频段进行了数值仿真验证。最后,本文讨论了FSIW在工程上的两个应用——FSIW谐振器带通滤波器的工程实现囷FSIW定向耦合器的设计在FSIW谐振器带通滤波器的设计中,利用了加载在FSIW上的谐振器之间的耦合来实现带通滤波特性,实验结果和仿真结果吻合较恏。在3dB FSIW定向耦合器的设计中,利用波导裂缝电桥的相关理论知识,结合FSIW与RW之间的等效关系,分别仿真了单槽窄边3dB定向耦合器和双槽窄边3dB定向耦合器,进一步验证了FSIW在工程上的应用

【学位授予单位】：南京理工大学
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN814

：基于折叠基片集成波导带通滤波器的制作方法

本实用新型属于一种微波毫米波混合集成电路和毫米波集成电路中的滤波器

微波滤波器是通信系统中的重要的器件，在通带范围内它能使微波信号传输而 在阻带范围内它阻止微波信号的传输。传统带通滤波器的设计运用矩形波导模式或者微带线

并借助于等效电路的理论传统的矩形波导模式具有损耗小，功率容量大Q值高等优点， 但体积大难以与平面电路集成，而现代技术的发展则对尛型化集成化具有相当高的

要求；近年来有学者提出的衬底集成波导是一种类似矩形波导模式的导波结构，通过加工在 微带衬底上的两排金属柱把矩形波导模式制作到微带衬底上。这种新型传输线融合了矩形 波导和微带线的优点具有损耗小、承受功率容量大、Q值高等優点的同时，还易于与 平面电路集成随着现代通信系统中微波器件越来越趋向小型化，基于衬底集成波导的 微波器件所占的面积仍然较夶为此，有学者在衬底集成波导的基础上提出了一种新型 (2007), pp.265-267介绍了半模衬底集成波导 窄槽带通滤波器随着PCB和LTCC技术的发展，这种折叠基片集成波导将具有广阔 的应用前景

实用新型内容 本实用新型提供一种基于折叠基片集成波导带通滤波器，该滤波器设计简单、阻带 宽具囿很好的谐波抑制能力，而且电路设计在中间金属面上所以该带通滤波器还具 有强的抗电磁干扰性能。

实现本实用新型的技术方案为 一種折叠基片集成波导带通滤波器包括两块介质 基板，介质基板叠加在一起在该两块介质基板之间设置中间金属层，上下金属层分别 覆蓋在介质基板表面；在该两块介质基板上设置两排金属柱该两排金属柱穿过介质基

板，上述结构形成折叠基片集成波导所述的两排金屬柱形成折叠基片集成波导壁，在所述的中间金属层上蚀刻出一个或一个以上的窄槽；在两排金属柱之间的中间金属层上 分别设置输入端ロ和输出端口

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于(1)以折叠基片集成波导为平台进 行滤波器的设计设计出的滤波器具有小体积，轻重量低剖面，较高的Q值它的横 向尺寸几乎是波导的一半，结构更为紧凑(2)中间金属层提供了更多的电路设计空间, 集成度更高，由於是电路是设计在中间金属面上所以也提供了更好的抗电磁干扰能力。 (3)其平面结构易于和其他平面电路或系统连接通过简单的锥形结構就可实现和带状 线、微带或共面波导馈线的连接。(4)其通带内回波损耗低于20dB,两输出端口的插 入损耗低于1.5dB,由于两相邻槽之间形成的谐振器昰四分之一相位波长，所以第一个寄 生通带出现在三倍中心频率的频点上使得该滤波器的上阻带宽达8GHz，具有强的谐 波抑制能力(5)结构简單，制作方便成本低。鉴于该滤波器设计比较简单阻带宽, 具有很好的谐波抑制能力以及强的抗电磁干扰性能，所以这种设计方案有望茬高隔离、 高抗电磁干扰、高性能、高功率容量的电路和集成电路中获得广泛的应用

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

圖1是本实用新型折叠基片集成波导带通滤波器中间层的平面俯视图 图2是本实用新型折叠基片集成波导带通滤波器的侧视图。

图3是本实用噺型折叠基片集成波导带通滤波器馈电端微带线到带状线的过渡结构图

具体实施方式 结合图1和图2，本实用新型折叠基片集成波导带通滤波器包括两块介质基板1、 2，介质基板l、 2叠加在一起在该两块介质基板l、 2之间设置中间金属层3，上下金 属层4、 5分别覆盖在介质基板2、 1表媔；在该两块介质基板1、 2上设置两排金属柱6、 7该两排金属柱6、 7穿过介质基板1、 2，上述结构形成折叠基片集成波导所述的两 排金属柱6、 7形成折叠基片集成波导壁，在所述的中间金属层3上蚀刻出一个或一个 以上的窄槽；在两排金属柱6、 7之间的中间金属层3上分别设置输入端口 8囷输出端 口9馈电端采用带状线IO、 11与折叠基片集成波导连接；为了便于与同轴接头连接， 采用微带12、 13到带状线10、 ll过渡

其中，介质基板l、 2嘚厚度可以为0.32义 0.49义介电常数范围可以为2 15。两 排金属柱6、 7的金属柱的直径小于0.2义g相邻两金属柱之间的间距不大于金属柱直径的两倍。两排金属柱6、 7之间的间距a依据不同的介质基板、工作频段而有所变化 a的范围为0.25zl 0.5;i 。介电常数为2.65的介质基板1、 2的厚度为0.8mm 50欧姆 微带线12、 13宽度Wm为2.2mm，长度Lm为lmm 50欧姆微带线12、 13到带状线 10、 11的锥形变换长度Lt为1.2mm;带状线10、 11的宽度Ws为L14mm,长度Ls为 3mm。在中间金属层3上蚀刻窄槽窄槽的个数为1~5，窄槽的长度范围为0.2义 0.3义 窄槽的宽度视不同的情况而定，相邻窄槽之间的距离范围为0.2义 0.3A

实施例。结合图1、图2本实用新型折叠基片集成波导窄槽带通滤波器，包括介 质基板1、 2该介质基板1、 2的厚度为0.8mm ，介电常数为2.65在介质基板1、 2 上设置两排金属柱6、7，并形成折叠基片集成波导壁相鄰两金属柱之间的间距为1.2mm (这两排金属柱直径小于0.2义g ，相邻两金属柱之间的间距不大于金属柱直径的两倍)； 两排金属柱之间的间距a为10mm折叠基片集成波导长28mm; 50欧姆微带12、 13 线宽为2.2mm。微带到带状线的锥形变换的宽边Wm为2.2mm,长度Lt为1.2mm带 状线的宽度Ws是1.14mm，长度Ls是3mm输入端口和输出端口之间的距離为38.4mm。 第一窄槽15的宽度为0.6mm长度为6mm，第二、三窄槽16、 17的宽度为0.4mm 长度为5.5mm。第一窄槽15与第二窄槽16之间的距离是6mm第一窄槽15与第三窄 槽17间的距離也是6mm。金属柱之间的距离14是0.74mm (中间金属层3到折叠区域 的金属柱之间的距离应该在金属柱半径0.3mm和介质板厚度0.8mm)

用矢量网络分析仪HP8510C测试的结果表明本实用新型提出的折叠基片集成矩 形波导窄槽带通滤波器在其通带内，回波损耗低于20dB,两输出端口的插入损耗低于 1.5dB,中心频率5.65GHz通带带宽為15%，上阻带带宽达8GHz总体积(含微带转 换)为38.4mmX26mmXl.6mm。

根据带通通带的上边频率确定窄槽的相关尺寸。窄槽有两个参量槽的宽度和槽 的长度槽的寬度控制相邻谐振器(两个相邻槽之间部分形成一个谐振器)之间的耦合 槽，槽的长度决定带通滤波器的中心频率带通滤波器的实现带通滤波器=高通滤波 器+带阻滤波器。由折叠基片集成波导决定高通滤波器；槽的长度决定带阻滤波器的谐 振频率本实用新型是为适应微波毫米波混合集成电路与毫米波集成电路的应用而设计 的，因而滤波器馈电端特别设计了到带状线的转换以便更好地和其他微波毫米波混合 集荿电路或者毫米波集成电路相连接。带状线变换和折叠基片集成波导设计在同一介质 衬底板上成为一个整体结构，无需额外的组装以及調试附件因此非常适合集成化以 及批量生产的要求。

1、 一种折叠基片集成波导带通滤波器包括两块介质基板[l、 2]，其特征在于介质基板[l、 2]叠加在一起在该两块介质基板[l、 2]之间设置中间金属层[3]，上下金属层 [4、 5]分别覆盖在介质基板[2、 l]表面；在该两块介质基板[l、 2]上设置两排金屬柱[6、 7]该两排金属柱[6、 7]穿过介质基板[1、 2]，上述结构形成折叠基片集成波导所述的 两排金属柱[6、 7]形成折叠基片集成波导壁，在所述的中間金属层[3]上蚀刻出一个或一 个以上的窄槽；在两排金属柱[6、 7]之间的中间金属层[3]上分别设置输入端口[8]和输出 端口[9]

2、 根据权利要求1所述的折疊基片集成波导带通滤波器，其特征在于馈电端采 用带状线[IO、 ll]与折叠基片集成波导连接；为了便于与同轴接头连接采用微带[12、 13]到带状线[10、 ll]过渡。

3、 根据权利要求1所述的折叠基片集成波导带通滤波器其特征在于介质基板 [1、 2]的厚度为0.32义 0.49义，介电常数范围为2 15

4、 根据权利要求1所述的折叠基片集成波导带通滤波器，其特征在于两排金属 柱[6、 7]的金属柱的直径小于0.2义g相邻两金属柱之间的间距不大于金属柱直径的两 倍。

5、 根据权利要求1所述的折叠基片集成波导带通滤波器其特征在于两排金属 柱[6、 7]之间的间距a的范围为0.25/L 0.5义。

6、 根据权利要求1所述的折叠基片集成波导带通滤波器其特征在于介电常数 为2.65的介质基板[l、 2]的厚度为0.8mm， 50欧姆微带线[12、 13]宽度Wm为2.2mm 长度Lm为lmm。

7、 根据权利要求1所述的折叠基爿集成波导带通滤波器其特征在于50欧姆微 带线[12、 13]到带状线[10、 ll]的锥形变换长度Lt为1.2mm;带状线[10、 ll]的宽度Ws 为1.14mm，长度Ls为3mm

8、 根据权利要求1所述的折叠基片集成波导带通滤波器，其特征在于在中间金属层[3]上蚀刻窄槽窄槽的个数为1 5，窄槽的长度范围为0.2/L 0.3义窄槽的宽度视 不同的情况而定，楿邻窄槽之间的距离范围为0.2/L 0.3;i

本实用新型公开了一种折叠基片集成波导窄槽带通滤波器。它在两层层叠的介质基板上设置两排金属柱中間夹了一层金属面构成了折叠基片集成波导，在该折叠基片集成波导中间金属面上表面蚀刻出窄槽结构通过合理设计窄槽尺寸，实现带通滤波性能；为了实现与带状线之间过渡设计增加了由折叠基片集成波导到带状线的锥形过渡结构。本实用新型具有结构简单、良好的諧波抑制能力以及强的抗电磁干扰性能易于和其他的平面微波毫米波电路集成的显著等优点。

朱忠博, 超 李, 李翠霞, 磊 汪, 超 王, 董士伟, 车文荃, 偉 马 申请人:南京理工大学

国防科学技术大学研究生院硕士學位论文 摘要 基片集成波导是一种新型波导结构不但具有矩形波导模式低损耗、低辐射、高 Q 值以及高功率容量的优点，还具有微带体积尛、容易集成的优点应用前景广阔。 本文在分析基片集成波导特性的基础上设计一种采用基片集成波导馈电的微带 天线阵。 论文首先對基片集成波导传播特性进行分析利用两线法提取传播常数 α、β， 通过对 α 的分析得到基片集成波导等效于矩形波导模式的约束条件嘫后在等效宽度 公式的基础上提出基片集成波导的设计原则和设计方法。将设计的基片集成波导 用作微带天线的馈电网络设计了一个 18×8 嘚基片集成波导馈电微带天线阵。对 馈电网络的设计以耦合结构的分析为基础通过改变耦合结构缝隙偏移量与谐振 长度实现 H 面的泰勒加權，对串馈微带线阵的设计采用阻抗变换段加权的方法实 现 E 面的泰勒加权并且对全阵进行了仿真，仿真结果达到技术指标的要求最 后對基片集成波导传播特性进行测试，验证了与矩形波导模式相类似的传播特性；对 基片集成波导馈电微带天线阵进行测试证明天线的性能满足设计要求。 关键词：基片集成波导两线法，耦合结构馈电网络，微带天线 第 i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 ABSTRACT Substrate integrated