一種小型化可調帶阻濾波器的製作方法
2023-04-22 22:23:11 1
專利名稱：一種小型化可調帶阻濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種小型化可調帶阻濾波器，屬於微波通信技術領域，可應用於超寬帶無線通信系統、寬帶雷達系統中的信號濾波。
背景技術：
隨著GSM、WLAN、UffB等無線通信系統的相繼出現，可利用的頻譜已非常有限，為改善現有以及未來無線系統的性能，可調帶阻濾波器受到廣泛的關注並在無線通信系統中發揮著重要作用。比如，不斷湧現的UWB技術需要一個很寬的頻譜，但有限的頻譜資源往往用於多個場合，這就意味著在UWB無線通信系統中存在著大量不需要的信號，並且該信號隨著時間和地點的變化可能不斷改變，幹擾了 UWB系統範圍內的有用信號。上述問題的一個解決方案就是在UWB帶通濾波器的通帶內引入電可調帶阻濾波器從而濾除系統中變化的幹擾信號。由於缺陷地結構的慢波效應和顯著阻帶等特性，近幾年來，利用可調節的缺陷地諧振結構和加載的變容二極體已成為實現小型化可調帶阻濾波器的一種有效方法。考慮到共面波導所有導體均位於同一個平面內，為串並聯集總元件的安裝提供了極大的便利這一優點，基於共面波導的缺陷地結構來實現可調帶阻濾波器將具有明顯優勢。經過對現有技術的文獻檢索發現，2006年9月Amr Μ. E. Safwat等人在 IEEETransaction on Microwave Theory and Techniques,54 卷 M^M 發表 了〃 Tunable bandstop defected ground structure resonator using reconfigurable dumbbell-shaped coplanar waveguide (利用可配置啞鈴形狀共面波導實現可調帶阻缺陷地諧振器)「，該論文提出了一種改進的共面波導啞鈴形狀缺陷地諧振結構並在此基礎上利用變容二極體實現可調帶阻，但是該可調帶阻濾波器的小型化以及更大的帶阻調節範圍仍需要進一步研究。檢索中還發現，2010年 7 月 Heba B. El-Shaarawy 等人在 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Jl M ^ " A novel compact reconfigurable defected ground structure resonator on coplanar waveguide technology for filter applications (—種可應用於濾波器的新穎緊湊型可配置共面波導缺陷地結構諧振器)「，該論文提出了一種緊湊的可調節帶阻濾波器，但是該可配置缺陷地結構在二極體導通和截止時分別出現一個和兩個帶阻，並且由於這種配置方式下的二極體直流偏置很難實施，論文沒有給出帶阻的可調範圍，以上均限制了該濾波器的實際應用； 同時，其小型化也需進一步考慮。
發明內容
針對上述現有技術存在的不足和缺陷，本發明提出了一種小型化可調帶阻濾波器，以克服現有的基於共面波導缺陷地結構可調帶阻濾波器尺寸較大、帶阻可調範圍較小以及直流偏置難施加等缺點。
本發明提出的小型化可調帶阻濾波器，包括共面波導傳輸線、缺陷地單元和可調帶阻實現三部分，其特徵是共面波導傳輸線由介質層[10]上的中心導體帶[1]和兩側的接地單元[2]構成；缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側接地單元[2]上的兩個正方形環諧振結構組成，其中外側的正方形環諧振結構[3]通過橫向缺口和共面波導中心導體帶 [1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內側的正方形環諧振結構[4]通過橫向缺口與外側的正方形環諧振結構[3]相連；可調帶阻由橫跨在外側正方形環諧振結構[3]上的變容二極體[5]及施加的直流偏置實現，該直流偏置通過在共面波導兩側接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個偏置焊盤[6、7]來實施，偏置焊盤[7]經導線[8]與內外側正方形環諧振結構[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個偏置焊盤[6、 7]通過射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號和直流信號之間的相互幹擾。所述缺陷地單元中的內外側正方形環諧振結構[3、4]以及橫向缺口的寬度應相等，以減小電磁波在該單元中傳播由於阻抗不連續性而引起的損耗。所述的小型化可調帶阻濾波器可以通過增加內側的正方形環諧振結構[4]尺寸達到更低的諧振頻率，從而進一步實現小型化以滿足實際的應用需求。所述小型化可調帶阻濾波器的帶阻可調範圍取決於所選變容二極體的電容變化範圍。本發明通過充分利用改進型 鈴形狀缺陷地結構的內部空間和共面波導傳輸線自身優勢實現的小型化可調帶阻濾波器，具有阻帶外插入損耗小、阻帶內抑制大、帶阻可調範圍大、結構簡單、直流偏置易施加等優點，並且該濾波器尺寸小，非常有利於和超寬帶無線通信系統、寬度雷達系統中的其它射頻電路集成，為其實際應用增加了便利。
圖1是本發明小型化可調帶阻濾波器的正面結構示意圖。圖2是本發明小型化可調帶阻濾波器總體的結構示意圖。圖3是本發明小型化可調帶阻濾波器在變容二極體電容為0. 5pF，2. OpF和6. 5pF 時仿真的傳輸係數和頻率關係圖。圖4是本發明小型化可調帶阻濾波器在變容二極體電容為0. 5pF，2. OpF和6. 5pF 時仿真的反射係數和頻率關係圖。
具體實施例方式本發明提出的小型化可調帶阻濾波器，一個實施例的正面結構布局如圖1所示， 其總體結構示意圖如圖2所示。圖1和圖2中的共面波導傳輸線由介質層[10]上的中心導體帶[1]和兩側的接地單元[2]構成。中心導體帶[1]與兩側的接地單元[2]形成的缺口槽寬度由所需的特性阻抗確定，取決於介質層[10]的介電常數與厚度以及中心導體帶[1]的寬度。本實施例中， 介質層[10]的介電常數為9. 6，厚度為0.8mm，中心導體帶[1]的寬度為3mm，為達到50歐姆的特性阻抗，缺口槽寬度選擇為0. 8mm。圖1和圖2中的缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側接地單元[2]上的兩個正方形環諧振結構組成，其中外側的正方形環諧振結構[3]通過橫向缺口和共面波導中心導體帶[1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內側的正方形環諧振結構[4]通過橫向缺口與外側的正方形環諧振結構[3]相連。相比較改進的啞鈴型缺陷地結構，該缺陷地單元通過引入內側的正方形環諧振結構[4]來增加電磁波的傳播路徑，從而實現小型化，並且隨著內側正方形環諧振結構[4]邊長的增加，缺陷地單元的諧振頻率將進一步降低，從而達到進一步的小型化以滿足實際的應用需求。內外側正方形環諧振結構[3、4]的寬度以及橫向缺口的寬度應選擇相等，以減小電磁波在該單元中傳播由於阻抗不連續而引起的能量損耗。內外側正方形環諧振結構[3、4]以及橫向缺口的尺寸可根據濾波器的具體設計要求確定，該缺陷地單元總的平均周長約為其諧振頻率對應波導波長的一半。在該實施例中，外側正方形環諧振結構[3]的邊長為8mm，內側正方形環諧振結構W]的邊長為3mm，正方形環的寬度以及橫向缺口的長度與寬度均選擇為0. 5mm，得到的小型化缺陷地單元諧振頻率為2. 52GHz，而此時普通的改進型啞鈴結構缺陷地單元諧振頻率為2. 92GHz。當小型化缺陷地單元內側正方形環諧振結構W]的邊長增加為6mm時，與普通的改進型啞鈴結構缺陷地單元相比，可以獲得55. 的尺寸減小。圖1和圖2中的可調帶阻實現由橫跨在外側正方形環諧振結構[3]上的變容二極體[5]及施加的直流偏置完成，該直流偏置通過在共面波導兩側接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個偏置焊盤[6、7]來實施，偏置焊盤[7]經導線[8]與內外側正方形環諧振結構[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個偏置焊盤[6、7] 通過射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號和直流信號之間的相互幹擾。帶阻的可調範圍取決於所選變容二極體的電容變化範圍。蝕刻的矩形單元尺寸主要依賴於選擇的射頻扼流圈封裝尺寸大小，該矩形單元應儘可能小以減少濾波器的輻射損耗和對缺陷地單元諧振頻率造成的影響。該實施例中矩形單元的大小為8mm*3mm;射頻扼流圈封裝為1206，大小為 47 μ H;變容二極體橫跨在左邊距離缺口槽1.5mm處的外側正方形環諧振結構[3]上，該二極體在反偏電壓從IV到28V改變時，電容變化範圍為0. 5pF-6. 5pF ；整個可調帶阻濾波器的大小為25mm*40mm。圖3與圖4分別給出了本發明提出的小型化可調帶阻濾波器在變容二極體電容為 0. 5pF，2. OpF和6. 5pF時仿真的傳輸係數和頻率關係圖以及反射係數和頻率關係圖。從兩圖中均可以看出，隨著變容二極體電容的變化，該可調帶阻濾波器的阻帶中心頻率也發生了變化，分別為2. 30GHz、1. 94GHz和1. 75GHz，帶阻的可調範圍為0. 55GHz，達到了其中心頻率的27. 2%，並且阻帶內最大抑制為35dB。通過增加變容二極體的電容變化範圍，該帶阻濾波器的可調範圍可進一步增加。雖然在上述實施例的基礎上對本發明進行了說明，但是本發明並不局限於此，具有相關領域背景知識的人可以在此基礎上進行多種變形。例如，可以將變容二極體橫跨在內側的正方形環諧振結構上實現新的可調帶阻。因此，這種變形以及其它符合本發明的思想，都應屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種小型化可調帶阻濾波器，包括共面波導傳輸線、缺陷地單元和可調帶阻實現三部分，其特徵在於共面波導傳輸線由介質層[10]上的中心導體帶[1]和兩側的接地單元 [2]構成；缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側接地單元[2]上的兩個正方形環諧振結構組成，其中外側的正方形環諧振結構[3]通過橫向缺口和共面波導中心導體帶[1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內側的正方形環諧振結構[4]通過橫向缺口與外側的正方形環諧振結構[3]相連；可調帶阻由橫跨在外側正方形環諧振結構[3]上的變容二極體 [5]及施加的直流偏置實現，該直流偏置通過在共面波導兩側接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個偏置焊盤[6、7]來實施，偏置焊盤[7]經導線[8]與內外側正方形環諧振結構[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個偏置焊盤[6、7]通過射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號和直流信號之間的相互幹擾。
2.根據權利要求1所述的小型化可調帶阻濾波器，其特徵在於缺陷地單元中的內外側正方形環諧振結構[3、4]以及橫向缺口的寬度應相等，以減小電磁波在該單元中傳播由於阻抗不連續而引起的能量損耗。
3.根據權利要求1所述的小型化可調帶阻濾波器，其特徵在於通過增加內側的正方形環諧振結構[4]尺寸可以達到更低的諧振頻率，從而進一步實現小型化以滿足實際的應用需求。
4.根據權利要求1所述的小型化可調帶阻濾波器，其特徵在於帶阻的可調範圍取決於所選變容二極體的電容變化範圍。
全文摘要
本發明涉及一種小型化可調帶阻濾波器，屬於微波通信技術領域。該濾波器包括共面波導傳輸線、缺陷地單元和可調帶阻實現三部分，其中缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側接地單元上的兩個正方形環諧振結構組成，可調帶阻由橫跨在外側正方形環諧振結構上的變容二極體及施加的直流偏置實現。本發明提出的小型化可調帶阻濾波器具有尺寸小、結構簡單、阻帶內抑制大、帶阻可調範圍大、易於和其它射頻電路集成等優點。
文檔編號H01P1/203GK102354779SQ20111029817
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者何偉, 寧煥生, 汪俊 申請人:北京航空航天大學