[发明专利]一种基于液晶材料的基片集成波导微波可调滤波器

说明书

该发明公开了一种基于液晶材料的基片集成波导微波可调滤波器，属于无线通信、卫星通信、雷达系统等技术领域，具体涉及一种基于液晶材料的滤波器。解决现有的封装过程中液晶材料泄露的问题，通过层间通孔互连与带线阶梯型阻抗变换的方式解决阻抗失配的问题，采用直接接触式馈电来加入调制电压，通过在基片集成波导上表面金属层上刻蚀开口谐振环结构实现带通滤波器，将基片集成波导上表面金属层倒置与液晶材料接触，形成基于液晶材料的基片集成波导可调滤波器。解决了传统封装方法中液晶泄露的问题，具有阻抗匹配、该滤波器频率响应的连续可调的效果。

技术领域

本发明属于无线通信、卫星通信、雷达系统等技术领域，具体涉及一种基于液晶材料的滤波器。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，无线通信技术的应用日益繁多，频率资源紧张的问题日益突出，越来越多的应用环境要求其所用的电路具备高性能、高集成度、频率可调谐、多频带、低成本等特点，进而提高频谱资源的利用率。可调滤波器正是实现频率选择、分配等技术的关键器件。因此，重量轻、尺寸小、调谐电压低、调谐速度快、调谐范围宽、损耗低、品质因数高、功率容量大、集成度高等成为设计现代可调滤波器的要求。

现有的微波滤波器的主要实现形式有集总元件型和传输线型，传输线型滤波器的传输结构主要包括波导、同轴线、带状线和微带线等。波导型的微波滤波器具有损耗低、品质因数高和功率容量大的优点，但其缺点是尺寸较大，不利于系统的小型化和高度集成化。同轴线型的微波滤波器具有电磁屏蔽性能好、损耗低和尺寸小等优点，但工作频率较高(10GHz以上)时，该类微带滤波器的物理尺寸会太小，使加工困难。平面电路中常用的带线滤波器具有尺寸小、易加工、高集成度等优点，但其辐射损耗较大。

基片集成波导(SIW)型微波滤波器继承了波导型微波滤波器的损耗低、品质因数高、功率容量大等优点，同时也集合了带线型微波滤波器的低剖面、小尺寸、高集成度等优点。

目前，已有公开的技术当中，实现微波器件频率可调谐的技术主要包括：铁氧体铁电材料调谐、可变二极管调谐、射频微机电系统(RF MEMS)调谐。铁氧体器件的调谐速度慢、体积大；铁电材料(如BST)调谐技术的线性度较差，同时其材料(Ba_0.45Sr_0.55TiO₃)的密度为5.9-6.0g/cm³，大于采用液晶材料的密度1.0096g/cm³,相同条件下，采用BST铁电薄膜的可调器件的重量远大于采用液晶材料的可调器件的重量，故采用液晶材料更加有利于满足轻重量的无线通信应用环境，如移动设备、航空航天设备等，另外，采用BST铁电薄膜技术所需要的调谐电压最高需达到30V，这也远大于采用液晶材料调谐时所使用的调谐电压(最高约为10V)；变容二极管的调谐速度快，但该技术的偏置电压电路比较复杂，同时线性度差；RFMEMS性能指标比较好，但该技术的损耗较大，其偏置电压电路比较复杂，成本高。

基于上述可调技术实现的微波可调滤波器的性能指标已不能满足现代无线通信的发展要求，所以运用新材料、新技术、新工艺、新方法设计高性能的微波可调滤波器是必然的发展趋势。最近出现的利用场致液晶材料的新型调谐方式，具有低成本、小型化、较低的工作电压以及方便加工等优势，并且利用该材料的介电常数随电场可调谐的特点制作的可调谐微波滤波器，能够弥补传统可调微波滤波器的不足，同时其重量轻、调谐电压低等特点更加能够满足现代无线通信工程应用中的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于液晶材料的基片集成波导微波可调滤波器的新型封装及其设计方法，解决现有的封装过程中液晶材料泄露的问题，通过层间通孔互连与带线阶梯型阻抗变换的方式解决阻抗失配的问题，采用直接接触式馈电来加入调制电压，通过在基片集成波导上表面金属层上刻蚀开口谐振环结构实现带通滤波器，将基片集成波导上表面金属层倒置与液晶材料接触，形成基于液晶材料的基片集成波导可调滤波器。