基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器的製作方法
2023-05-17 07:25:46 4
專利名稱：基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種基於分形技術的、小型化的高性能微帶帶阻濾波器，尤其是採用了最新的等腰直角三角形諧振器級聯結構，並用分形缺陷微擾實現的微帶帶阻濾波器。
背景技術：
濾波器在雷達、通信及多頻率工作系統，如參數放大器、微波固體倍頻器、微波固體混頻器中都有著廣泛的應用。現代微波通信系統，尤其是衛星通信和移動通信系統，都需要高性能、低損耗的濾波器，並希望濾波器具有更小的體積、更輕的重量以及更低的價格。 微波濾波器也是最為最要、技術含量最高的微波無源器件。由於現在的微波射頻應用系統越來越向小型化集成化方向發展，因此微波平面濾波器倍受青睞，濾波器的小型化研究正越來越成為研究的熱點，在小型化的基礎上，如何提高濾波器的性能就顯得更為重要。目前採用貼片結構實現的帶阻濾波器非常少。分形是自然界中一切具有自相似形狀的物體的總稱。其原意是不規則、支離破碎等，其概念是數學家曼德布羅特(B.B.Mandelbort)首先提出的。分形結構由於具有自相似性和空間填充性這些獨特的性質，在很多領域的發展都如火如荼。近年來在微波領域也引起廣泛關注，許多學者已經將分形的思想應用到了天線設計中，但在濾波器的設計方面還是比較少見的，特別是用分形結構實現帶阻濾波器更是鮮見。近些年來，微波工作者提出了各式各樣的貼片諧振器結構，如圓環形、方環形、圓貼片、方貼片結構，但是甚少有人研究三角形貼片結構，特別是等腰直角三角形貼片諧振器的研究長期沒有得到重視。將分形技術應用於濾波器的設計，特別是應用於等腰直角三角形貼片諧振器中，還是一個非常新穎的實例。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種基於分形思想和等腰直角三角形貼片諧振器結構的微帶帶阻濾波器，該濾波器體積小巧、製作簡單、成本低廉、便於平面電路集成，同時可以大大提高濾波器的性能，可以推廣使用到多種小型的射頻系統中。為了達到上述目的，本實用新型所採取的技術方案是—種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，包括正面部分的諧振器和輸入輸出埠、反面部分的金屬鍍層以及中間層的介質板，正面部分的諧振器和輸入輸出埠在同一平面上，反面部分的金屬鍍層是微帶的接地板，中間層的介質板位於正面部分的諧振器和反面部分的金屬鍍層之間；其特徵在於所述正面部分的諧振器包含有兩個諧振器，所述每個諧振器採用做過分形微擾的等腰直角三角形貼片構成；所述兩個諧振器並聯在同一條水平線上，並採用變距離耦合，兩個諧振器的輸入饋線和輸出饋線在同一水平線上，並位於等腰直角三角形諧振器底邊的下方，與諧振器通過縫隙耦合。前述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，其特徵在於 所述正面部分的諧振器、輸入饋線、輸出饋線和反面部分的金屬鍍層所採用的材料是導電性能良好的金、銀或銅。前述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，其特徵在於 所述等腰直角三角形貼片做過的分形微擾是指在貼片內部設置一個倒置的等腰三角形缺陷微擾，所述等腰三角形缺陷微擾與等腰直角三角形貼片共有同一個對稱軸，而且等腰三角形缺陷微擾底邊的兩個點正好位於等腰直角三角形貼片的兩條直角邊上，等腰三角形缺陷微擾的頂點不與等腰直角三角形貼片的邊接觸。前述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，其特徵在於 所述兩個諧振器的輸入饋線和輸出饋線與等腰直角三角形諧振器底邊的距離是0. 2mm。前述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，其特徵在於 所述兩個諧振器下方的輸入饋線和輸出饋線為50歐姆輸入饋線和50歐姆輸出饋線。本實用新型的有益效果是1、本實用新型在傳統的矩形貼片諧振器的基礎上，採用了新穎的等腰直角三角形貼片諧振器結構，而且巧妙地用兩個等腰直角三角形貼片級聯，並使用等腰三角形分形缺陷做微擾，設計出一種結構非常簡單、新穎的微帶帶阻濾波器，符合現代通信系統小型化的發展要求。該濾波器具有良好的性能，可在多種微波系統包括移動通信系統中得到推廣與應用。2.該濾波器有很小的插入損耗，良好的諧波抑制能力，解決了傳統濾波器諧波抑制能力差的疑難問題。3.該濾波器幾何結構非常簡單，微擾簡潔大方，易於製作加工，可以適用於小型化通信設備當中。4.該濾波器全部利用微帶PCB工藝生產，成本低、易加工且加工精度要求不高、重複性好，可適用於標準化、規模化生產。
圖1為實施例結構示意圖；圖2為實施例的S11參數仿真結果圖；圖3為實施例的S21參數仿真結果圖；圖4為實施例中有分形缺陷微擾與不做任何微擾的對比波形圖；圖5為改變實施例的微擾三角形高度時對應的諧振器工作頻率的變化情況；圖6為實施例的測試結果與仿真結果對照圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。本濾波器包括正面部分的諧振器和輸入輸出饋線、反面部分的金屬鍍層以及中間層的介質板，如圖1所示，正面部分的兩個諧振器①，每個諧振器採用做過分形微擾的等腰直角三角形貼片製成；兩個諧振器①並聯在同一條水平線上，相互離開一段距離，並採用變距離耦合。兩個諧振器①的輸入饋線③和輸出饋線④在同一水平線上，並位於等腰直角三角形諧振器①底邊的下方，與諧振器①通過縫隙耦合來產生濾波功能。等腰直角三角形貼片做過的分形微擾是指在貼片內部設置一個倒置的等腰三角形缺陷微擾②，等腰三角形缺陷微擾②與等腰直角三角形貼片共有同一個對稱軸，而且等腰三角形缺陷微擾②底邊的兩個點正好位於等腰直角三角形貼片的兩條直角邊上，等腰三角形缺陷微擾②的頂點不與等腰直角三角形貼片的邊接觸。濾波器可通過改變等腰三角形缺陷微擾②的高度大小來控制濾波器的工作頻率和傳輸零點的位置，具體變化情況如圖5所示。濾波器正面部分的諧振器、饋線和反面部分的金屬鍍層所採用的材料是導電性能良好的金、銀或銅。設計時，為了使輸入饋線③和輸出饋線④與等腰直角三角形濾波器①達到較好的縫隙耦合效果，輸入饋線③和輸出饋線④與等腰直角三角形諧振器①底邊的距離是 0. 2mmο下面介紹一個本實用新型濾波器的實施例。本實施例採用相對介電常數Cr =10. 2，厚度h=l. 27mm的介質板，經過設計、仿真和
優化，最終確定該帶通濾波器的具體尺寸如圖1所示，Ll=41mm，L2=15mm, L3=8mm, L4=5mm, hl=7. 5mm, h2=4mm, h3=2mm, sl=0. 2mm, s2=lmm, d=l. 2mm。通過調節輸入饋線③和輸出饋線④與諧振器①間的距離可以調節耦合強度，通過改變貼片內部等腰三角形缺陷微擾②的高度大小，可以小範圍改變濾波器的工作頻率。圖2和圖3是S參數的仿真曲線；圖4給出了有微擾和不做任何微擾情況下頻率響應的對比，以此顯現缺陷微擾的作用；圖6是仿真結果與實際測試結果的對照。測量工具使用的是Agilent (安捷倫)公司生產的E5071C型號的矢量網絡分析儀。該實施例濾波器仿真結果工作頻率3. 85GHz，相對帶寬為2.5%，帶內損耗為 1. 2dB,阻帶外上下通帶的帶寬分別大於2. 5GHz和4. 5GHz ；實際測量結果中心頻率為 3. 85GHz，相對帶寬為3. 0%，帶內損耗為1. 9dB，實現了良好的帶外諧波抑制。仿真結果與測試結果吻合。顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，包括正面部分的諧振器和輸入輸出埠、反面部分的金屬鍍層以及中間層的介質板，正面部分的諧振器和輸入輸出埠在同一平面上，反面部分的金屬鍍層是微帶的接地板，中間層的介質板位於正面部分的諧振器和反面部分的金屬鍍層之間；其特徵在於所述正面部分的諧振器包含有兩個諧振器，所述每個諧振器採用做過分形微擾的等腰直角三角形貼片構成；所述兩個諧振器並聯在同一條水平線上，並採用變距離耦合，兩個諧振器的輸入饋線和輸出饋線在同一水平線上，並位於等腰直角三角形諧振器底邊的下方，與諧振器通過縫隙耦合。
2.根據權利要求1所述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器， 其特徵在於所述正面部分的諧振器、輸入饋線、輸出饋線和反面部分的金屬鍍層所採用的材料是導電性能良好的金、銀或銅。
3.根據權利要求2所述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器， 其特徵在於所述等腰直角三角形貼片做過的分形微擾是指在貼片內部設置一個倒置的等腰三角形缺陷微擾，所述等腰三角形缺陷微擾與等腰直角三角形貼片共有同一個對稱軸， 而且等腰三角形缺陷微擾底邊的兩個點正好位於等腰直角三角形貼片的兩條直角邊上，等腰三角形缺陷微擾的頂點不與等腰直角三角形貼片的邊接觸。
4.根據權利要求3所述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器， 其特徵在於所述兩個諧振器的輸入饋線和輸出饋線與等腰直角三角形諧振器底邊的距離是 0. 2mmο
5.根據權利要求4所述的一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器， 其特徵在於所述兩個諧振器下方的輸入饋線和輸出饋線為50歐姆輸入饋線和50歐姆輸出饋線。
專利摘要本實用新型涉及一種基於分形缺陷結構的等腰直角三角形微帶帶阻濾波器，屬於微波通訊設備技術領域。其特徵在於每個諧振器採用做過分形微擾的等腰直角三角形貼片製成，而等腰直角三角形貼片做過的分形微擾是指在貼片內部設置一個倒置的等腰三角形缺陷微擾，兩個諧振器並聯在同一條水平線上，並採用變距離耦合，兩個諧振器的輸入饋線和輸出饋線在同一水平線上，並位於等腰直角三角形諧振器底邊的下方，與諧振器通過縫隙耦合來產生濾波功能。本實用新型比傳統貼片濾波器節省了電路體積，實現了高性能的阻帶，並且具有濾波器幾何結構簡單、饋線簡潔、易加工、成本低等優點，可以規模化生產並廣泛應用於小型化的射頻系統中。
文檔編號H01P1/212GK202034473SQ20112015769
公開日2011年11月9日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者祖霄鵬, 肖建康 申請人:河海大學常州校區