技术领域
[0001] 本
发明涉及
电子产品技术领域，特别涉及一种基于LCP的SIW
带通滤波器的结构。
背景技术
[0002] 目前，在体积很小的电子产品中，使用柔性
电路连接不同电子单元或模
块的制造技术已经具有很高的成熟度，
柔性电子技术提供了印制板之间在弯曲状态下的可靠连接，对体积、厚度和重量要求苛刻的电子产品已经成为推动柔性电子技术发展的重要因素。由于柔性电子更容易与
生物的
皮肤、器官和组织的弯曲表面相匹配，因此在医疗、个人穿戴电子设备等领域有着广泛的应用。
[0003] LCP(
液晶聚合物)
基板属于柔性基板，近年来，国内外已有学者对柔性带通滤波器进行了研究。SeokS.等人于2013年用板厚为50μm 的Per-MX3050基板研制了一款中心
频率为60GHz的平行耦合线形式柔性带通滤波器；KaoH.L等人在2013年用板厚为100μm的LCP基板研制了中心频率为30GHz的发夹线型及中心频率为25GHz的交指耦合线型两款柔性带通滤波器；2015年，电子科技大学的兰宇等人研制了中心频率为9.5GHz的柔性带通滤波器，首次使用了板厚为50μm的LCP基板。
[0004] 传统带通滤波器结构采用平行耦合线带通滤波器形式，但求解的第一阶奇模和偶模线阻抗的值相差较大，因此根据平行耦合线的奇偶模阻抗计算出的第一阶两条平行耦合线间距过小，无法达到加工要求。另一种发夹线结构可看作是由平行耦合线结构的对称折叠形成，由于外观上形状像字母U，也常成做U型结构；在平行耦合线带通滤波器中，
谐振器在一个方向依次摆开，造成带通滤波器在一个方向上占用很大空间，但在计算其前几阶奇偶模阻抗时，依然会发现其奇偶模阻抗差距较大，导致其线间间距过小，无法满足加工要求。
发明内容
[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种基于LCP的SIW带通滤波器的结构，其在不改变带通滤波器性能指标的同时，采取在感性窗口处可控混合电磁耦合的设计理念，不会含有线宽和缝隙较小的区域，其拓扑结构也简单，易实现。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于LCP的SIW带通滤波器的结构，其中，包括LCP板及对称设置在所述LCP板上的第一
谐振腔和第二谐振腔；所述LCP板的中心处设置有
槽线，所述槽线横跨所述第一谐振腔、第二谐振腔；所述LCP板的边沿设置有若干个第一通孔，这些所述第一通孔沿着所述LCP板的边沿围成一圈，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间设置有若干个第二通孔。
[0007] 作为本发明的一种改进，所述LCP板为非
单层基板。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述第一谐振腔的一侧设置有第一微带线，所述第二谐振腔的一侧设置有第二微带线，所述第一微带线与所述第二微带线对称设置。
[0009] 作为本发明的更进一步改进，所述第一谐振腔和第二谐振腔的侧边均采用共面
波导结构。
[0010] 作为本发明的更进一步改进，所述第一微带线的宽度为 0.1mm～0.2mm。
[0011] 作为本发明的更进一步改进，所述第二微带线的宽度为 0.1mm～0.2mm。作为本发明的更进一步改进，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间设置有六个第二通孔，三个所述第二通孔处于所述槽线的上方，另外三个所述第二通孔处于所述槽线的下方。
[0012] 作为本发明的更进一步改进，所述第一通孔的直径为0.1mm～0.3mm。作为本发明的更进一步改进，相邻所述第一通孔的中心间距为 0.3mm～0.8mm。作为本发明的更进一步改进，所述第一微带线和第二微带线的宽度均为0.13mm。本发明的有益效果是：与
现有技术相比，本发明在不改变带通滤波器性能指标的同时，采取在感性窗口处可控混合电磁耦合的设计理念，不会含有线宽和缝隙较小的区域，其拓扑结构也简单，易实现。
附图说明
[0013] 图1为本发明的SIW带通滤波器的结构示意图；
[0014] 图2为本发明的SIW带通滤波器的混合电磁耦合的等效电路图；
[0015] 图3为本发明的SIW带通滤波器的一个
实施例的结构示意图；
[0016] 图4为图3中实施例的HFSS模型图；
[0017] 图5为本发明的SIW带通滤波器在平面仿真和实际测试中的结果的曲线图；
[0018] 图6为本发明的带通滤波器应用于雷达系统中的结构
框图；
[0019] 附图标记：1-LCP板，2-第一谐振腔，3-第二谐振腔，4-槽线，5- 第一通孔，6-第二通孔，7-第一微带线，8-第二微带线。
具体实施方式
[0020] 本发明中采用LCP工艺，没有采取传统的LTCC和
薄膜工艺，因为 LCP工艺对于形成复杂的多层结构来实现射频前端模块3D封装更有优势。LCP是一种由刚性分子链构成的、在一定物理条件下既有液体的流动性又有晶体的物理性能
各向异性(此状态称为液晶态)的高分子物质。它被认为是继
低温共烧陶瓷(LTCC)后的下一代
微波毫米波的基板和微组材料，具有许多独特的优点，例如损耗小、成本低、使用
频率范围大 (DC，110GHz)、强度高、重量轻、耐热性和
阻燃性强、线膨胀系数小、耐
腐蚀性和耐
辐射性能好、LCP薄膜的成型
温度低，具有可弯曲性和可折叠性的优良成型加工性能，可用于各种带弧形和弯曲等复杂形状的制品。目前使用的LTCC的成形温度是850℃左右，LCP的成形温度可以低到285℃，这样不仅无源器件，而且有源芯片都有可能一起封装，减小了安装
位置和数量的限制，这将大大提高军用和民用电子系统的可靠性，降低成本，减小体积。同时，LTCC横向尺寸一般不能大于5inch×5inch，而LCP的尺寸可以大得多；此外LCP没有LTCC
烧结过程中产生的收缩，有助于提高加工
精度和成品率。
[0021] 基片集成波导(SIW)是一种新的微波传输线形式，其利用金属通孔在介质基片上实现波导的场传播模式。
[0022] 本设计滤波器工作在K波段，K波段是电磁
频谱的微波波段的一部分，K波段是指频率在18-27GHz范围的
无线电波，常用于雷达系统等。
[0023] 请参照图1至图6，本发明的一种基于LCP的SIW带通滤波器的结构，包括LCP板1及对称设置在LCP板1上的第一谐振腔2和第二谐振腔3。
[0024] LCP板1的中心处设置有槽线4，该槽线4横跨第一谐振腔2和第二谐振腔3。
[0025] LCP板1的边沿设置有若干个第一通孔5，这些第一通孔5沿着LCP 板1的边沿围成一圈。
[0026] 第一谐振腔2和第二谐振腔3之间设置有若干个第二通孔6，从而构成感性窗口结构，实现磁耦合。
[0027] 在本发明中，在不改变带通滤波器性能指标的同时，采取在感性窗口处可控混合电磁耦合的设计理念，不会含有线宽和缝隙较小的区域，其拓扑结构也简单，易实现。
[0028] 在本发明中，LCP板1为非单层基板，也即采用多层基板；本发明的耦合结构可以利用多层LCP板的工艺方便地实现，本发明的介质基片为多层LCP板，其
介电常数为2.5～3.2，损耗
角的正切值为0.002～0.03，厚度为0.04mm～0.06mm；可以优选，介电常数为2.9，损耗角的正切值为0.0025，厚度为0.05mm。
[0029] 如图3所示，本发明提供一个实施例，第一谐振腔2的一侧设置有第一微带线7，第二谐振腔3的一侧设置有第二微带线8，第一微带线7与第二微带线8对称设置。
[0030] 在该实施例中，所述第一谐振腔和第二谐振腔的侧边均采用共面波导结构。
[0031] 在本发明，第一微带线7和第二微带线8的宽度均为0.1mm～0.2mm；作为优选，第一微带线7和第二微带线8的宽度均为0.13mm。
[0032] 在该实施例中，第一谐振腔2和第二谐振腔3之间设置有六个第二通孔6，三个第二通孔6处于槽线4的上方，另外三个第二通孔6处于槽线4的下方。
[0033] 在本发明中，第一通孔5的直径为0.1mm～0.3mm；作为优选，第一通孔5的直径为0.2mm。相邻第一通孔5的中心间距为0.3mm～0.8mm，作为优选，相邻第一通孔5的中心间距为0.6mm。
[0034] 在本发明中，两个谐振腔(第一谐振腔2和第二谐振腔3)之间通过在谐振腔的顶层金属上
刻蚀出的槽线4和两个腔体之间的感性窗口来实现混合耦合，混合耦合中的电耦合由槽线的尺寸来控制，感性窗口的宽度可以调整磁耦合强度，通过电磁耦合可以在上下
阻带获得额外的零点；零点的位置和滤波器的带宽可以由电磁耦合系数来调整。
[0035] 如图2所示，是一个SIW混合耦合结构的等效电路图；其中设置在第一谐振腔和第二谐振腔内的谐振器都由
串联的L、C组成，其中L、C 分别代表串联的电感、电容，每个谐振器的谐振频率可以表示为ω0＝(LC)-1/2，LM和CM分别代表耦合电感和耦合电容，产生对应的磁耦合和电耦合。
[0036] 如图3所示，该实施例是基于混合电磁耦合实现的二阶SIW滤波器，利用宽度Wm为0.13mm的50欧姆的微带线(第一微带线7和第二微带线8)进行激励；对于工作在主模的SIW滤波器，其谐振频率为滤波器的中心频率f0，腔体谐振器的初始尺寸可以由公式(1)得到:
[0037]
[0038] 其中
[0039]
[0040] 其中，L和W分别表示SIW主模腔的长度和宽度，Dv是
金属化通孔的直径，P是相邻通孔的中心间距。滤波器的设计中，将取Dv＝0.2mm，P＝0.6mm；c0和εr分别表示自由空间中的光速和介质基片的介电常数。
[0041] 图3所示的实施例的混合电磁耦合二阶SIW滤波器的耦合系数k可以通过公式来计算：
[0042]
[0043]
[0044] 其中，MC、EC分别为磁耦合系数和电耦合系数；LM、CM分别代表耦合电感和耦合电容；由公式可以看出，总的耦合系数由MC、EC共同确定，同时其大小可以通过调节LM、CM进行控制。
[0045] 上述的实施例进行仿真和实际测试，如图5所示，仿真和测试结果验证了该实施例的带通滤波器中心频率在20GHz，绝对带宽为5GHz，相对带宽为25％，具有高选择性、低插入损耗等优点。通过如图5，可以看到，在实际测试中，由S21参数可以看出，中心频率附近插入损耗比仿真值恶化了约2dB，插入损耗小于-3dB；由S11参数可以看出，实际测试中回波损耗小于-20dB，相对于仿真结果恶化了约2dB；在12.5GHz以内以及27GHz以外较宽的频带范围内具有底于-30dB的良好带外抑制；对比了此滤波器仿真和测试S参数，两者达到了很高的一致性。
[0046] 在如今，电子战作为信息作战5个核心能
力之一，利用各种进攻型和防御型战术，影响、破坏和削弱敌方使用电磁频谱，并保护己方在该电磁频谱下的行动自由，以促进信息作战成功。我军在重视电子攻击作战的同时，应同步加强电子防护技术和装备研究，以提高电子防御能力。超宽带雷达以其优越的反隐身、抗干扰和高保密特性，有助于作战部队取得信息和电子战优势，保障作战单位安全通信，进而取得对抗优势。在信息系统和雷达等设备的发射和接收机前端，可使用高性能滤波器和差分电路方案，增强雷达和其他信息系统的作战效能。
[0047] 本发明提供一个应用于雷达系统中的实际应用实施例，如图6所示，带通滤波器可抑制不需要的
信号并改善整个雷达通信链路性能，由图6 可见，带通滤波器是雷达通信系统的关键元器件；为了发射和接收高
质量信号，带通滤波器应具有优异的
通带响应和带外抑制特性，包括较小插入损耗、较大回波损耗、满足需要的中心频率f0和带宽BW、陡峭边带选择特性，以及对带外骚扰信号抑制。在超宽带雷达中，性能优越的超宽带带通滤波器可对从天线耦合接收到的杂波信号和骚扰信号进行反射和吸收，以减弱敌方电子攻击对己方雷达设备产生的骚扰、欺骗和削弱效果，从而确保电子攻击下的雷达能正常工作。该实际应用实施例可用于上文所述的雷达系统中的带通滤波器部分，采用本实际应用实施例后在小型化方面有着无可比拟的优势。
[0048] 以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
