基於異相傳輸線微帶帶通濾波器的製作方法

2023-05-30 11:41:36 1

專利名稱：基於異相傳輸線微帶帶通濾波器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型濾波器，尤其涉及一種基於異相傳輸線微帶帶通濾波
O
背景技術：
在自然界中，物質的介電常數ε與磁導率μ的實部變量都為正值，當然也有例外，如在低頻頻段，等離子體介質的ε為負。如果僅僅是ε為負或者僅僅是μ為負時，電磁波在這類介質中衰減很快，不能傳播。然而，如果ε與μ同時為負時，電磁波在這類介質中仍舊可以傳播。新型人工電磁媒質概念的提出可追朔到上世紀60年代。在前蘇聯科學家 Veselag0所發表的一篇論文中，假想了一種介電常數ε和磁導率μ都是負數的物質，並指出在這種物質裡有許多奇特的電磁現象，例如電場、磁場和波矢之間構成左手關係、電磁波負折射、負的切倫科夫效應、反都卜勒效應等。Veselag0稱這種假想的物質為左手媒質 (left-handed materials) 。 ^^.$#31 : ^ (double negative materials) 或負折射率媒質(negative refractive index material)。然而，自然界多數材料的ε和 μ值大多數同時為正，也有少數材料ε和μ的某一個呈現負值，但找不到ε和μ同時為負的天然媒質。由於無法從真實材料在實驗上觀察和研究左手媒質的奇異特性，相應的研究一直到上世紀九十年代才得以重視。從上世紀九十年代開始，隨著人工周期性結構的發展，科學家們開始使用周期結構實現人工的左手媒質，使後者的研究出現新的生機。1996年，英國皇家學院的Pendry 教授提出用細金屬線陣列結構在微波段構造出有效介電常數為負值的人工電磁媒質後， Pendry等學者又在1999年提出利用開口金屬諧振環(簡稱SRR)的周期性排列結構在微波段實現負的磁導率。不久，新型人工電磁媒質的研究引來了它的第一個裡程碑Smith等人將實現負介電常數和負磁導率的兩種結構結合，也就是將周期性排布的細銅導線和開口金屬諧振環搭配在一起，首次製造出在微波段同時具有負介電常數和負磁導率的人工複合媒質，即左手媒質，並成功地從實驗觀察到負折射現象W]。這一重大實驗研究成果在當年的 《Science》上發表，引起國際強烈反響，左手媒質的研究也成為國際物理學界和電磁學界以及其他相關交叉學科的研究熱點。之後，基於科學家們在理論和實驗上的多項發現，左手媒質的研究被《Science》雜誌評為2003年度全球十大科學進展之一，以及2004年度國際物理學會最具影響的研究進展，引起全球矚目。隨著國內外學術界、關於此問題的理論和實驗十分活躍，出現了許多新的成果。美國詳細研麻省理工學院孔金歐教授究了電磁波在這類介質中的電磁特性建議命名為異向介質，以突出電磁波在這類介質中所表現的不同特性。隨著無線通信的個人化、寬帶化，越來越要求人性化、高性能的終端結構，促使包括濾波器在內的射頻元器件的微型化、可集成化，應運產生了各種結構和性能的射頻濾波器以滿足體積小、重量輕的要求。隨著濾波器設計理論的深入研究、材料領域的不斷進步及工作頻率的日益升高，濾波器設計由原先的集總參數元件濾波器逐漸擴展到分布參數元件濾波器。隨著陶瓷材料，及異向介質等新型材料的發展，新型濾波器的應用得到了迅速發展。近年來，小型化的趨勢促進了各種類型微帶線濾波器的發展，異相介質作為一種新型材料，可用於設計出極低損耗和極小尺寸的新穎微波濾波器。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種頻帶寬、結構緊湊，插損小，高帶外抑制的S波段的基於異相傳輸線微帶帶通濾波器。通過下面的技術方案解決上述技術問題一種基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，包括印刷電路板，印刷電路板由輸入電路、 異相傳輸電路、異相傳輸單元串聯電容等效電路、異相傳輸單元並聯電感等效電路、輸出電路、介質基板，接地電路和金屬腔構成；其中，接地電路包括接地金屬片；輸入電路和輸出電路分別連接並聯的多個異相傳輸單元的兩端；在金屬腔內設置有微帶金屬片、介質基板和接地金屬片，接地金屬片置於金屬腔的底面上，介質基板置於接地金屬片上，微帶金屬片置於介質基板上，微帶交指電容與微帶短截電感連接。優選的，上述異相傳輸單元採用串聯微帶交指電容與並聯微帶短截電感。優選的，上述異相傳輸電路包括六階異相傳輸單元。優選的，上述異相傳輸單元串聯電容等效電路與異相傳輸單元並聯電感等效電路連接，並且，異相傳輸單元串聯電容等效電路和異相傳輸單元並聯電感等效電路均與微帶傳輸線連接。優選的，上述異相傳輸單元並聯電感等效電路包括微帶短截線，在微帶短截線末端設置有接地孔。本實用新型的有宜效果為本實用新型寬帶微帶濾波器根據異相介質等效電路實現方法採用串聯微帶線交指電容與並聯微帶短截電感配合設計，在保證加工工藝可以實現的前提下在並聯微帶短截線末端和介質基板上打孔實現接地。其設計具有很大的靈活性，可以在較大的空間內對並聯微帶短截線進行彎折或改變尺寸來調整等效電感值，可以改變串聯交指微帶線的寬度尺寸來調整等效電容值，更有利於滿足客戶的各種需求，從而使得濾波器具有更優越的合路性能，更寬的工作頻帶和更緊湊的體積。所設計的微帶金屬片都貼片在介質基板上保證加工工藝更易實現。

圖1是異相傳輸線微帶帶通濾波器框架示意圖；圖2是微帶異相傳輸單元示意圖；圖3a為異相傳輸線微帶帶通濾波器的俯視圖；圖北為異相傳輸線微帶帶通濾波器的前示圖；圖3c為異相傳輸線微帶帶通濾波器的後示圖；圖3d為異相傳輸線微帶帶通濾波器的左示4[0024]圖!Be為異相傳輸線微帶帶通濾波器的右示圖。圖中標記1-輸入電路；2-微帶金屬片；3-輸出電路；4-金屬腔；5-介質基板； 6-接地金屬片；1-輸入電路；21-第一異相傳輸單元；22-第二異相傳輸單元；23-第三異相傳輸單元；24-第四異相傳輸單元；25-第五異相傳輸單元；26-第六異相傳輸單元；3-輸出電路；211-第一異相傳輸單元串聯電容；212-第二異相傳輸單元串聯電容；213-第三異相傳輸單元串聯電容；214-第四異相傳輸單元串聯電容；215-第五異相傳輸單元串聯電容； 216-第六異相傳輸單元串聯電容；221-第一異相傳輸單元並聯感；222-第二異相傳輸單元並聯感；223-第三異相傳輸單元並聯感；221-第一異相傳輸單元並聯感；231-第一接地孔；232-第二接地孔；233-第三接地孔；Ml-第一匹配傳輸線J42-第二匹配傳輸線。
具體實施方式
為了便於本領域普通技術人員理解和實施本實用新型，
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細描述。結合附圖對本實用新型作進一步的描述。圖1為異相傳輸線微帶帶通濾波器框架示意圖。濾波器包括輸入電路1，第一異相傳輸單元21，第二異相傳輸單元22，第三異相傳輸單元23，第四異相傳輸單元M，第五異相傳輸單元25，第六異相傳輸單元沈和輸出電路3，輸入電路1與輸出電路3位於濾波器微帶線左右兩邊分別與第一異相傳輸單元21和第六異相傳輸單元沈相連；輸入電路1連接第一異相傳輸單元21用於引入輸入信號，第一異相傳輸單元21連接第二異相傳輸單元22， 第二異相傳輸單元22連接第三異相傳輸單元23，第三異相傳輸單元23連接第四異相傳輸單元對，第四異相傳輸單元M連接第五異相傳輸單元25，第五異相傳輸單元25連接第六異相傳輸單元26，第六異相傳輸單元沈連接輸出電路3將信號輸出。圖2為微帶異相傳輸單元示意圖。微帶異相傳輸線單元為金屬片，包含第一異相傳輸單元串聯電容211、第一異相傳輸單元並聯感221及第一接地孔231實現。第一異相傳輸單元21由第一異相傳輸單元串聯電容211等效電路與第一異相傳輸單元並聯電感221 等效電路連接，並在第一異相傳輸單元並聯感221等效電路末端，其實現方式為第一異相傳輸單元串聯電容211等效電路左邊連接第一異相傳輸單元並聯電感221等效電路連接， 第一異相傳輸單元並聯電感221等效電路連接經過彎折後用於減少尺寸，並在其末端通過第一接地孔231實現接地功能。如圖3a為異相傳輸線微帶帶通濾波器的俯視圖，異相傳輸線微帶帶通濾波器的微帶線置於介質基板5上，由六階微帶線異相傳輸線單元經過微帶匹配實現。異相傳輸線微帶部分包含輸入電路1、輸出電路3、第一異相傳輸單元串聯電容211、第二異相傳輸單元串聯電容212、第三異相傳輸單元串聯電容213、第四異相傳輸單元串聯電容214、第五異相傳輸單元串聯電容215、第六異相傳輸單元串聯電容216、第一異相傳輸單元並聯感221、 第二異相傳輸單元並聯感222、第三異相傳輸單元並聯感223、第一接地孔231、第二接地孔 232、第三接地孔233、第一匹配傳輸線Ml、第二匹配傳輸線M2。輸入電路1為直線狀金屬片並與第一異相傳輸單元串聯電容211相連；第一異相傳輸單元串聯電容211為交指形金屬片，左邊與輸入電路1相連，右邊與第一異相傳輸單元並聯感221相連；第一異相傳輸單元並聯感221為彎折金屬片，左邊與第一異相傳輸單元串聯電容211相連，在其末端通過第一接地孔231使彎折金屬片接地後等效為並聯電感，右邊與第二異相傳輸單元串聯電容212相連；微帶第一匹配傳輸線241為彎折金屬片，左邊與第二異相傳輸單元串聯電容212相連，經過下兩次90度彎折後下右邊與第三異相傳輸單元串聯電容213相連；第三異相傳輸單元串聯電容213為交指形金屬片，右邊與微帶第一匹配傳輸線 241相連，左邊與第二異相傳輸單元並聯感222相連；第二異相傳輸單元並聯感222為彎折金屬片，右邊與第三異相傳輸單元串聯電容213相連，在其末端通過第二接地孔232使彎折金屬片接地後等效為並聯電感，左邊與第三異相傳輸單元串聯電容213相連；第四異相傳輸單元串聯電容214為交指形金屬片，右邊與第二異相傳輸單元並聯感222相連，左邊與微帶第二匹配傳輸線242相連；微帶第二匹配傳輸線242為彎折金屬片，上右邊與第四異相傳輸單元串聯電容214相連，經過下兩次90度彎折下右後與第五異相傳輸單元串聯電容215 相連；第五異相傳輸單元串聯電容215為交指形金屬片，右邊與微帶第二匹配傳輸線對2相連，左邊與第三異相傳輸單元並聯感223相連；第三異相傳輸單元並聯感223為彎折金屬片，左邊與第五異相傳輸單元串聯電容215相連，在其末端通過第三接地孔233使彎折金屬片接地後等效為並聯電感，右邊與第六異相傳輸單元串聯電容216相連；第六異相傳輸單元串聯電容216為交指形金屬片，左邊與第三異相傳輸單元並聯感223相連，左邊與輸出電路3相連；輸出電路3為直線狀金屬片，右邊與第六異相傳輸單元串聯電容216相連；如圖;3b、3c、3d、;3e為異相傳輸線微帶帶通濾波器的整體示意圖。異相傳輸線微帶帶通濾波器包含金屬腔4，微帶金屬片2，介質基板5，接地金屬片6。微帶金屬片2，介質基板5，接地金屬片6都置於金屬腔4內，接地金屬片6置於金屬腔4的底面上，介質基板5置於接地金屬片6上，微帶金屬片2置於介質基板5上實現異相傳輸線微帶帶通濾波器。以上所述，僅是用以說明本實用新型的具體實施案例而已，並非用以限定本實用新型的可實施範圍，舉凡本領域熟練技術人員在未脫離本實用新型所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應由本實用新型權利要求的範圍所覆蓋。
權利要求1.一種基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，包括印刷電路板，其特徵在於所述印刷電路板由輸入電路、異相傳輸電路、異相傳輸單元串聯電容等效電路、異相傳輸單元並聯電感等效電路、輸出電路、介質基板，接地電路和金屬腔構成；其中，接地電路包括接地金屬片；輸入電路和輸出電路分別連接並聯的多個異相傳輸單元的兩端；在金屬腔內設置有微帶金屬片、介質基板和接地金屬片，接地金屬片置於金屬腔的底面上，介質基板置於接地金屬片上，微帶金屬片置於介質基板上，微帶交指電容與微帶短截電感連接。
2.根據權利要求1所述的基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，其特徵在於所述異相傳輸單元採用串聯微帶交指電容與並聯微帶短截電感。
3.根據權利要求1或2所述的基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，其特徵在於所述異相傳輸電路包括六階異相傳輸單元。
4.根據權利要求1或2所述的基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，其特徵在於所述異相傳輸單元串聯電容等效電路與異相傳輸單元並聯電感等效電路連接，並且，異相傳輸單元串聯電容等效電路和異相傳輸單元並聯電感等效電路均與微帶傳輸線連接。
5.根據權利要求1或2所述的基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，其特徵在於所述異相傳輸單元並聯電感等效電路包括微帶短截線，在微帶短截線末端設置有接地孔。
專利摘要本實用新型公開了一種基於異相傳輸線微帶帶通濾波器，包括了輸入電路、異相傳輸電路、異相傳輸單元串聯電容等效電路、異相傳輸單元並聯電感等效電路、輸出電路、介質基板，接地電路、金屬腔。該濾波器由六階異相傳輸單元級聯實現，異相介質單元由串聯電容等效電路與並聯電感等效電路接連實現，經過阻抗匹配來實現高頻信號通過並抑制低頻信號，低頻信號通過並抑制高頻信號。其設計的靈活性在於在較大的空間內對並聯微帶短截線進行彎折或改變尺寸，改變串聯交指微帶線的寬度尺寸使濾波器具有更優越的合路性能，更寬的工作頻帶和更緊湊的體積且加工工藝更易實現來滿足客戶的各種需求。
文檔編號H01P1/203GK202339968SQ20112051241
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者萬豐, 王志勇 申請人:武漢虹信通信技術有限責任公司