专利名称：一种超宽带微带滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于超宽带通信技术领域，具体涉及ー种超宽带微带滤波器。
背景技术：
在2002年，美国联邦通信委员会(FCC)将3. IGHz至10. 6GHz之间的频段开放为通信领域的应用。因为其高传输速率和低传输损耗等优点，超宽带通信受到了广泛的重视并得到了迅猛的发展。作为超宽带通信系统中的关键器件，超宽带滤波器的性能决定了系 统的整体性能。一般而言，在实际应用中要求超宽带滤波器具有较低的通带插损，很好的频率选择特性和平坦的群时延。经过对相关文献检索发现,2005年Shau-Gang Mao等人在IEEE Transactions onMicrowave Theory and lechniques 期刊上发我的 Modeling of symmetric compositeright/1eft-handed coplanar waveguides with applications to compact bandpassfilters 一文中提出了ー种共面波导形式的带通滤波器，其单元结构形式为共面波导之间嵌入串联交趾电容和并联曲折短路短截线电感，然而该滤波器仅能实现窄带带通。2007年c. Ii 等人在 Applied Physics A 期干丨J上发表的 Composite right/1 eft-handed cop lanarwaveguide band-pass niter using capacitively-coupled zeroth—order resonators一文中提出了另外ー种共面波导形式的滤波器，其单元结构形式为两段共面波导之间嵌入了一个串联交趾电容和两个并联电感，但是没有设计为超宽带用途。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服现有的滤波器不足，提出了ー种超宽带微带滤波器。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是ー种超宽带微带滤波器，包括从上往下依次层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层的金属图案包括左右対称的左部金属图案和右部金属图案，其特征在于，所述左部金属图案或右部金属图案分别包括依次连接的输入输出端ロ、第一阶跃阻抗短路截线、第二阶跃阻抗短路截线和交趾耦合线节，所述第一阶跃阻抗短路截线、第二阶跃阻抗短路截线和交趾耦合线节构成环状结构作为滤波器的谐振单元，所述交趾耦合线节包括平行耦合的的第一子线节与第二子线节，所述第一子线节与第二阶跃阻抗短路截线的末端连接，所述第ニ子线节与第一阶跃阻抗短路截线的始端连接，所述第一阶跃阻抗短路截线和第二阶跃阻抗短路截线的交汇连接处还设置有ー贯穿第一金属层和介质层并和第二金属层形成通路的金属化过孔；所述左部金属图案和右部金属图案的第二阶跃阻抗短路截线交汇连接在一起。上述第一阶跃阻抗短路截线的始端还包括一与第二子线节平行的用于调节回波损耗的匹配枝节。本实用新型的有益效果是与现有的滤波器相比，本实用新型的滤波器的结构形成的谐振单元是ー个具有7个模式的谐振单元，可以通过调整相应的结构參数例如四个阶跃阻抗短路截线，改变其电长度或者阻抗比来调整谐振器结构的谐振频率，从而调整滤波器的带宽，可以实现3. 4GHz 10.7GHz的超宽带带通。进ー步的，本实用新型具有回波损耗较低、谐波抑制较好等优点。
图I是本实用新型用于加工微带滤波器的复合材料层。图2是本实用新型的微带滤波器的平面结构示意图。图3是本实用新型的微带滤波器具有明确分区的平面结构示意图。图4是本实用新型所应用的复合左右手传输线结构示意图。图5是本实用新型所应用的复合左右手传输线结构某一単元的结构示意图。图6是图5的等效电路图7a是图6的奇I旲等效电路。图7b为图6的偶模等效电路。图8为本实用新型的散射參数S21曲线图。图9为本实用新型的频率特性曲线图。图10为本实用新型的群时延特性曲线图。附图标记说明第一金属层I、输入输出端ロ 11、第一阶跃阻抗短路截线12、第二阶跃阻抗短路截线13、交趾耦合线节14、第一子线节141、第二子线节142、匹配枝节15、金属化过孔16、介质层2、第二金属层3。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进ー步的说明。如图2和图3所示，ー种超宽带微带滤波器，包括从上往下依次层叠的第一金属层
I、介质层2和第二金属层3，所述第一金属层I的金属图案包括左右镜像对称的左部金属图案和右部金属图案，其特征在干，所述左部金属图案或右部金属图案分别包括依次连接的输入输出端ロ 11、第一阶跃阻抗短路截线12、第二阶跃阻抗短路截线13和交趾耦合线节14，所述第一阶跃阻抗短路截线12、第二阶跃阻抗短路截线13和交趾耦合线节14构成环状结构作为滤波器的谐振单元，所述交趾耦合线节14包括平行耦合的的第一子线节141与第ニ子线节142，所述第一子线节141与第二阶跃阻抗短路截线13的末端连接，所述第二子线节142与第一阶跃阻抗短路截线12的始端连接，所述第一阶跃阻抗短路截线12和第二阶跃阻抗短路截线13的交汇连接处还设置有ー贯穿第一金属层I和介质层2并和第二金属层形成通路的金属化过孔16 ;所述左部金属图案和右部金属图案的第二阶跃阻抗短路截线13交汇连接在一起。上述第一阶跃阻抗短路截线12的始端还包括一与第二子线节142平行的用于调节回波损耗的匹配枝节15。本实施例中的超宽带微带滤波器，是通过一个如图I所示的复合材料加工而成的，该复合材料包含了与本实施例所对应的第一金属层I、介质层2和第二金属层3三层结构，主要通过对第一金属层I进行刻蚀加工形成需要的电路结构。图3中的左部金属图案的虚线则对第一金属层I的电路结构做了明确的划分，虚线a左侧的金属区域为输入输出端ロ 11，虚线a、b和虚线c之间的金属区域为第一阶跃阻抗短路截线12，虚线C、d和虚线e之间的金属区域为第二阶跃阻抗短路截线13，虚线b和e之间的区域包括了从上到下排列的匹配枝节15、第一子线节141和第二子线节142。由于左部金属图案和右部金属图案呈左右镜像对称，因此不再对其右部金属图案做具体描述。本实施例中，上述一端的输入输出端ロ 11都具有50欧姆的特性阻抗。信号由输入输出端ロ 11输入，到达谐振単元，由于多个模式的耦合作用形成很宽的通带，只允许位于通带内的信号通过并对位于通带外的信号进行抑制，再通过另一端的输入输出端ロ 11输出，最終实现超宽带滤波。可以通过改变第一阶跃阻抗短路截线12、第二阶跃阻抗短路截线13和交趾耦合线节14的阻抗比和电长度来调整多模的谐振频率，从而调整滤波器的带宽。为了进一步的证明本实用新型结构的非显而易见性，下面通过建立传输线模型对上述结构的电磁特性进行分析如图4所示是由若干个本实用新型的基本方案级联构成的复合左右手传输线，该复合左右手传输线作为周期结构，它的每ー个単元(即本实施例的滤波器的谐振单元)由两个交趾耦合线节(对应于图2中的两个交趾耦合线节14)级联 构成，每个线节分别加载了两个阶跃阻抗短路截线(对应于图2中的第一阶跃阻抗短路截线12、第二阶跃阻抗短路截线13)。这四个阶跃阻抗短路截线具有阶跃阻抗性质，设其中一段的特征导纳为Y1 (对应的电长度为Q1= 0a+0b)，另外一段的特征阻抗为Y2 (电长度为θ 2)。根据Bloch-Floquet定理,可以导出下面的色散关系cos ( β d) = a2+b[ (2a+bYb) (Yu+Yd) +c+aYb],其中，a = d = ^cos ^
2 sin ^^ = 7-——十
乙Qe 一 ^Oo^-J{Z°e~%~{Z；^JCOS29^β是Bloch传播常数，Z0e和Zcto分别是交趾耦合线节的偶模和奇模特征阻杭，θ p是交趾耦合线节的电长度。如果图4中的复合左右手传输线只有一个单元的特殊情况(即N = I)，如图5所示，考虑到周期性，则可以得到九个谐振频率。其中三个谐振频率对应ー阶谐振，其余六个谐振频率对应零阶谐振。必须注意到，当施加激励的时候，并不是所有的零阶谐振都将被激励起来，某个零阶谐振是否被激励起来取决于边界条件，由于本专利中的谐振器结构两端是开路，所以只有那些与开路边界条件相关的谐振模式被激励起来，本实施例中，如果在如图5所示谐振单元两端加上两个输入输出端ロ进行弱激励，可以得到如图8所示的的散射參数S21曲线图，可以更直观得观察到七个谐振频率，这说明本实用新型所涉及到的谐振单元是ー个具有七个谐振模式的多模谐振単元。本专利中涉及到的谐振器单元只采用了如图4所示的复合左右手传输线中的一个单元(如图5所示，相当于本实用新型的滤波器省略了输入输出端ロ后的结构)，如图所示。从结构上来说，它是左右対称的，所以可以采用奇偶模方法对图5所示的谐振单元的电磁特性进行分析，并将图5所示的谐振单元的电磁特性等效于本专利的谐振单元的电磁特性。如图6所示为图5的谐振单元的等效电路。如果在图6所示的等效电路的中心对称面放置ー个短路面，就可以得到如图7a所示奇模等效电路，相应的奇模输入导纳Ytjdd为
权利要求1.一种超宽带微带滤波器，包括从上往下依次层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层的金属图案包括左右对称的左部金属图案和右部金属图案，其特征在于，所述左部金属图案或右部金属图案分别包括依次连接的输入输出端口、第一阶跃阻抗短路截线、第二阶跃阻抗短路截线和交趾耦合线节，所述第一阶跃阻抗短路截线、第二阶跃阻抗短路截线和交趾耦合线节构成环状结构作为滤波器的谐振单元，所述交趾耦合线节包括平行耦合的的第一子线节与第二子线节，所述第一子线节与第二阶跃阻抗短路截线的末端连接，所述第二子线节与第一阶跃阻抗短路截线的始端连接，所述第一阶跃阻抗短路截线和第二阶跃阻抗短路截线的交汇连接处还设置有一贯穿第一金属层和介质层并和第二金属层形成通路的金属化过孔；所述左部金属图案和右部金属图案的第二阶跃阻抗短路截线交汇连接在一起。
2.根据权利要求I所述的一种超宽带微带滤波器，其特征在于，上述第一阶跃阻抗短路截线的始端还包括一与第二子线节平行的用于调节回波损耗的匹配枝节。
专利摘要本实用新型涉及一种超宽带微带滤波器，包括第一金属层，所述第一金属层的金属图案包括左右对称的左部金属图案和右部金属图案，所述左部金属图案或右部金属图案分别包括依次连接的输入输出端口、第一阶跃阻抗短路截线、第二阶跃阻抗短路截线和交趾耦合线节，所述第一阶跃阻抗短路截线、第二阶跃阻抗短路截线和交趾耦合线节构成环状结构作为滤波器的谐振单元，所述交趾耦合线节包括平行耦合的的第一子线节与第二子线节，第一子线节与第二阶跃阻抗短路截线的末端连接，第二子线节与第一阶跃阻抗短路截线的始端连接，所述第一阶跃阻抗短路截线和第二阶跃阻抗短路截线的交汇连接处还设置有一贯穿第一金属层和介质层并和第二金属层形成通路的金属化过孔。
文档编号H01P1/203GK202423521SQ20122001649
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者张中勋, 肖飞 申请人:电子科技大学