超寬帶平面微帶濾波器的製作方法

2023-07-24 23:35:51 2

專利名稱：超寬帶平面微帶濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通信技術領域的濾波器，具體是一種超寬帶平面微帶濾波器，該濾波器可以用於超寬帶通訊中進行濾波。
背景技術：
隨著各種無線通信系統的相繼出現，可利用的頻譜資源日趨飽和，使超寬帶技術引起了人們的廣泛重視。2002年2月FCC對超寬帶使用發布無許可證使用後，超寬帶技術迅速成為國際無線通信領域研究開發的一個熱點，並被視為下一代無線通信的關鍵技術之一。針對UWB技術的發展需要，超寬帶濾波器作為無線通信系統中關鍵的無源器件之一，成為研究熱點之一。對於UWB濾波器要求工作在3.1-10.6GHz這樣一個非常寬的頻帶內，同時要求該濾波器必須具有比較小的尺寸，以便能和其他電路集成，而傳統的均勻傳輸線平行耦合微帶線的設計方法無法設計出這麼寬頻帶的濾波器。
經對現有技術的文獻檢索發現，2004年3月Kuo-Sheng Chin等人在IEEEMicrowave and Guided Wave Letters，14卷第5期發表了「New formulas forsynthesizing microstrip bandpass filters with relatively wide bandwidths(新的用於設計具有較寬通帶的微帶帶通濾波器的方法)」，在該文中提出了對傳統的平行耦合微帶線濾波器通過改進帶寬的預估來使得所設計的濾波器具有較寬的帶寬，但是該方法所實現的濾波器的帶寬仍只有3.0GHz-7.5GHz，其相對帶寬只有60％，還不能達到FCC所提出的頻率帶寬(3.1GHz-10.6GHz)的要求。
檢索中還發現2004年6月Hitoshi Ishida等人在IEEE MTT-SInternational Digest第三卷發表了「Design and analysis of UWB bandpassfilter with ring filter(利用諧振環設計和分析超寬帶濾波器)」，在該文中提出了利用級聯的諧振環結構來實現超寬帶濾波器，一共採用了五個諧振環來實現帶通濾波器，但是採用這種結構使得整個濾波器的尺寸較大，並且在頻率低於3.1GHz時有寄生通帶，因此在使用中還存在一些問題。

發明內容
本發明目的在於克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種超寬帶平面微帶濾波器，使其能夠解決現有微帶濾波器頻帶窄、結構複雜、尺寸較大的不足。本發明覆蓋3.1-10.6GHz這樣一個比較寬的頻帶，其結構主要是由低通濾波器和高通濾波器的級聯構成。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括正面部分、反面部分和輸入\輸出埠。其中正面部分包括叉指電容單元、均勻傳輸線和介質板。叉指電容單元有兩個，分別位於介質板的兩端。均勻傳輸線位於介質板的中間部分，兩個叉指電容之間是通過均勻傳輸線連接的。輸入\輸出埠有兩個，每個埠和一個叉指電容單元相連。反面部分包括非均勻DGS(缺陷地)單元、slot(縫隙)結構單元和接地單元。非均勻DGS單元共有7個，各單元的外形尺寸以近似等差數列非均勻排列。slot結構單元共有三組分別加載在偶數DGS單元的兩側，上述的七個非均勻DGS單元和三組slot結構單元都是在接地單元上刻蝕去除相應的結構形狀，從而形成相應的空氣單元。
所述的叉指電容位於介質板正面，對稱分布，兩個叉指電容單元的指的比值為3∶2，指間的間距是0.1mm，連接兩叉指電容的傳輸線是50Ω均勻傳輸線。
所述的七個DGS單元，其啞鈴型DGS兩端的頭的部分位於傳輸線的下方。啞鈴型DGS單元陣列結構是呈近似等差數列的非均勻排列。
所述的slot結構單元，位於濾波器背面，三組slot結構單元非均勻排列，每一對等長的slot結構單元之間都是通過另一條slot結構單元和DGS單元相連在一起的，並且分別加載在第二、四、六DGS單元的兩側。
所述的兩個叉指電容單元分別位於第一和第七DGS單元所處位置的上方。
所述的兩個叉指電容單元、均勻傳輸線單元和接地單元均為導體，非均勻DGS陣列結構是在接地單元上面刻蝕去掉相應的形狀，從而形成空氣單元結構。
所述的介質板為低介電常數物質。
本發明通過由背面的DGS單元來實現低通濾波器，由正面的傳輸線來實現高通濾波器，從理論上來講只要分別調節低通濾波器的截止頻率和高通濾波器的截止頻率就可以實現任何帶寬的帶通濾波器，並且由於該類型的濾波器充分利用了介質板正面和背面，大大減小了整個濾波電路的面積，有利於和其它射頻(RF)電路的集成。


圖1為本發明超寬帶濾波器總體的結構示意2為本發明超寬帶濾波器的正面結構示意3為本發明超寬帶濾波器的背面結構示意4為本發明超寬帶濾波器仿真的頻率特性示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發明包括正面部分、反面部分和輸入\輸出埠。
如圖2所示，本發明正面部分包括第一叉指電容單元1、第二叉指電容單元4、均勻傳輸線2、介質板3。輸入\輸出埠有兩個，第一叉指電容單元1、第二叉指電容單元4均位於介質板3的正面，第一輸入\輸出埠5和第一叉指電容單元1相接，第二輸入\輸出埠6和第二叉指單元4相接，第一叉指電容單元1、第二叉指電容單元4通過均勻傳輸線2連接。
如圖3所示，本發明背面部分包括第一DGS單元7、第二DGS單元8、第三DGS單元9、第四DGS單元10、第五DGS單元11、第六DGS單元12、第七DGS單元13、第一slot結構單元14、第二slot結構單元15、第三slot結構單元16和接地單元17。
所述的slot結構單元，位於濾波器背面，共有三組且非均勻排列，每一對等長的slot結構之間都是通過另一條slot結構單元和DGS單元相連在一起的。其中第一slot結構單元14被加載在第二DGS單元8的左右兩側，第二slot結構單元15被加載在第四DGS單元10的左右兩側，第三slot結構單元16被加載在第六DGS單元12的左右兩側。第一DGS單元7和第七DGS單元13分別位於接地單元17的兩端，並對稱分布。第三DGS單元9位於第二DGS單元8和第四DGS單元10之間，第五DGS單元11位於第四DGS單元10和第六DGS單元12之間。
所述的第一叉指電容單元1、第二叉指電容單元4指的比值為3∶2，指間的間距是0.1mm，連接兩叉指電容的傳輸線是50Ω均勻傳輸線。
所述的輸入\輸出埠5外接信號源，外加的激勵信號通過第一叉指電容單元1，再通過均勻傳輸線2和第二叉指電容單元4，最後經由輸入\輸出埠6到達外部電路，實現對信號進行濾波。級聯的叉指電容具有濾除低頻信號的功能，周期性的DGS結構具有濾除高頻信號的功能，將兩者結合起來實現超寬帶濾波器。
所述的七個DGS單元7、8、9、10、11、12、13，其啞鈴型DGS兩端的頭的部分在傳輸線的下方，啞鈴型DGS陣列結構是呈近似等差數列的非均勻排列。
所述的兩個叉指電容單元1、4分別位於第一、第七DGS單元7、13所處位置的上方。
所述的兩個叉指電容單元1、4、均勻傳輸線2和接地單元17均為導體。
所述的七個DGS單元7、8、9、10、11、12、13和三組slot結構單元14、15、16都是在接地單元17上刻蝕去相應的啞鈴形結構和縫隙結構的形狀，形成空氣單元。
所述的介質板(3)為低介電常數物質。
如圖4所示，本發明的頻率特性包括實線的S21(插入損耗)參數和虛線的S11(回波損耗)參數。其中橫坐標代表頻率變量，單位為GHz；縱坐標代表幅度變量，單位為dB。本發明的超寬帶濾波器的通帶是3.0GHz-10.9GHz，S21參數在通帶內大於-1dB，S11參數在通帶內小於-10dB。
權利要求
1.一種超寬帶平面微帶濾波器，包括正面部分、反面部分和輸入\輸出埠，其特徵在於正面部分包括第一叉指電容單元(1)、第二叉指電容單元(4)、均勻傳輸線(2)、介質板(3)，輸入\輸出埠有兩個，第一叉指電容單元(1)、第二叉指電容單元(4)均位於介質板(3)的正面，第一輸入\輸出埠(5)和第一叉指電容單元(1)相接，第二輸入\輸出埠(6)和第二叉指單元(4)相接，兩個叉指電容單元(1、4)通過均勻傳輸線(2)連接；背面部分包括七個DGS單元(7、8、9、10、11、12、13)和三組slot結構單元(14、15、16)，第一slot結構單元(14)被加載在第二DGS單元(8)的左右兩側，第二slot結構單元(15)被加載在第四DGS單元(10)的左右兩側，第三slot結構單元(16)被加載在第六DGS單元(12)的左右兩側，第一DGS單元(7)和第七DGS單元(13)分別位於接地單元(17)的兩端，並對稱分布，第三DGS單元(9)位於第二DGS單元(8)和第四DGS單元(10)之間，第五DGS單元(11)位於第四DGS單元(10)和第六DGS單元(12)之間。
2.如權利要求1所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的七個DGS單元(7、8、9、10、11、12、13)和三組slot結構單元(14、15、16)都是在接地單元(17)上刻蝕去相應的啞鈴形結構和縫隙結構的形狀，形成空氣單元。
3.如權利要求1或者2所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的七個DGS單元(7、8、9、10、11、12、13)，其啞鈴型DGS兩端的頭的部分在傳輸線的下方，啞鈴型DGS陣列結構是呈近似等差數列的非均勻排列。
4.如權利要求1或者2所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的slot結構單元，有三組，三組slot結構單元(14、15、16)非均勻排列。
5.如權利要求1所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的第一叉指電容單元(1)、第二叉指電容單元(4)指的比值為3∶2，指間的間距是0.1mm，連接兩叉指電容的傳輸線是50Ω均勻傳輸線。
6.如權利要求1或者5所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的第一叉指電容單元(1)、第二叉指電容單元(4)分別位於第一、第七DGS單元(7、13)所處位置的上方。
7.如權利要求1所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的第一叉指電容單元(1)、第二叉指電容單元(4)、均勻傳輸線(2)和接地單元(17)均為導體。
8.如權利要求1所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的輸入\輸出埠(5)外接信號源，使激勵信號能夠通過第一叉指電容單元(1)，再通過均勻傳輸線(2)和第二叉指電容單元(4)，最後經由輸入\輸出埠(6)到達外部電路。
9.如權利要求1所述的超寬帶平面微帶濾波器，其特徵是，所述的介質板(3)為低介電常數物質。
全文摘要
一種通信技術領域的超寬帶平面微帶濾波器，包括正面部分、反面部分和輸入\輸出埠。正面部分包括叉指電容單元、均勻傳輸線和介質板。兩個叉指電容單元分別位於介質板的兩端，均勻傳輸線位於介質板的中間部分，輸入\輸出埠有兩個，每個埠和一個叉指電容單元相連。反面部分包括非均勻DGS單元、slot結構單元和接地單元，非均勻DGS單元共有7個，各單元的外形尺寸以近似等差數列非均勻排列，slot結構單元共有三組，分別加載在偶數DGS單元的兩側。本發明結構簡單，分別採用正面和背面的電路結構實現高通和低通濾波器，有效地減小了電路的面積，使得該電路易於和其它射頻電路集成。
文檔編號H01P1/203GK1901274SQ200610029390
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月27日 優先權日2006年7月27日
發明者楊國敏, 金榮洪, 肖高標, 耿軍平, 吳琦 申請人:上海交通大學