一种具有十字型加载线的微波带通滤波器的制作方法

本实用新型涉及一种通讯领域用的滤波器，特别是一种具有十字型加载线的微波带通滤波器。
背景技术：
：大数据时代，随着信息的需求量呈爆炸式的增长，移动通讯领域要求能制造出集成度更高的微波器件，然而随着高频集成电路尺寸的不断缩小，技术上出现了一系列问题，例如当微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的电磁干扰噪声，RC延迟等达到极限导致器件工作不稳定，因此现有的微波器件已不能适应当今大规模微波集成电路的发展。技术实现要素：本实用新型的目的在于，提供一种具有十字型加载线的微波带通滤波器。本实用新型具有避免电磁场强烈反射和抗电磁干扰能力强的特点。本实用新型的技术方案：一种具有十字型加载线的微波带通滤波器，包括介质板，介质板上设有金属微带，金属微带的两侧设有金属地；所述的金属微带包括共面波导段，共面波导段经过渡段与人工表面等离激元段连接；所述的人工表面等离激元段上分布有加载单元；所述的加载单元包括加载凹槽，加载凹槽内设有十字型加载线，十字型加载线由4个左右及上下对称的加载折线构成。前述的具有十字型加载线的微波带通滤波器中，所述的加载凹槽的整体宽度w1的取值为1.5～5.0mm，加载凹槽的槽深w2的取值为6～12mm，加载凹槽的周期p为3～8mm；所述的加载折线线宽w3的取值为0.2～1.0mm，加载折线长度L4的取值为3.0～8.0mm，相邻加载折线纵向间隙d1的取值为0.2～1.0mm，相邻加载折线横向间隙d2的取值为0.2～1.0mm。前述的具有十字型加载线的微波带通滤波器中，处于过渡段的金属地的边 缘为，满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为8～12mm；g为金属微带与金属地间距，其取值为0.1～1mm，w为金属地宽度，其取值为20～35mm，L1为共面波导段的长度，其取值为5～15mm，L2为过渡段长度，其取值为50～80mm。前述的具有十字型加载线的微波带通滤波器中，所述的过渡段上设有深度渐变的加载单元。与现有技术相比，本实用新型在共面波导段(以下用其长度符号L1替代)和人工表面等离激元段(以下用其长度符号L3替代)间设置过渡段(以下用其长度符号L2替代)，通过该结构，实现了电磁场在L1和L3中传播的平稳过渡，避免了电磁场由准TEM模式转化为SSPPs模式传播时因模式和阻抗不匹配而出现的强烈的微波电场反射；申请人经过大量实验发现，当处于L2位置的金属地的边缘满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程，其中曲线形状系数a为5～20、金属微带宽度h为5～8mm、金属微带与金属地间距g为0.3～1mm、金属地宽度w为20～35mm、共面波导段长度为L1为5～15mm，过渡段长度L2为50～80mm时，磁场传播的过渡最平稳。不仅如此，本实用新型在L2上还设有深度渐变的加载单元；通过该结构，可进一步实现准TEM模式向SSPPs模式的过渡，减少微波电场反射。本实用新型通过在L3上设置一系列的加载单元，加载凹槽，加载凹槽内设有十字型加载线，十字型加载线由4个左右及上下对称的加载折线构成；通过该结构，使得电磁场在传输时被束缚在加载凹槽周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得抗干扰能力大大增强，同时也增强了高密度微波集成电路工作时的稳定性，不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本实用新型还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展。本实用新型还能通过调节加载单元的几何尺寸来调控微波传输线的截止频率和电磁场分布，同时调整电磁波的束缚效果，申请人在进行大量试验后发现，当加载凹槽的整体宽度w1的取值为1.5～5.0mm、加载凹槽的槽深w2的取值为 6～12mm、加载折线线宽w3的取值为0.2～1.0mm、加载折线长度L4的取值为3.0～8.0mm、纵向间隙d1为0.2～1.0mm、横向间隙d2为0.2～1.0mm、加载凹槽的周期p为3～8mm时，加载单元对电磁场具有很好的束缚效果。为了更好地证明本实用新型的有益效果，申请进行了如下实验：申请人设计一个具有十字型加载线的微波带通滤波器样品，样品的参数如表1。表1微波滤波器样品各部分参数(单位：mm)结构名称符号尺寸共面波导段长度L110过渡段长度L260人工表面等离激元段长度L353曲线形状系数a20加载凹槽整体宽度w12.5加载凹槽槽深w28.0加载折线线宽w30.5加载折线长度L45.6相邻加载折线纵向间隙d10.5相邻加载折线横向间隙d20.2加载凹槽周期p5.0金属地宽度w25金属微带宽度h10.0金属微带与地间距g0.3该样品的介质板采用介电常数为2.65的基片，对该样品的滤波特性曲线经时域有限差分计算如图3所示，图3中S11为滤波器反射系数，S21为滤波器传输系数，该样品为带通滤波，其中心频率3.769GHz，该处插入损耗为-2.5dB， 其-3dB通带为3.623GHz到3.9151GHz，样品在通带内反射小于-10.7dB。设计一个不含过渡段L2的滤波器，其介质板的介电常数同为2.65，其他结构参数同表1；对该滤波器的反射特性曲线经时域有限差分计算，计算结果如图4所示，由图4得知，该滤波器在上述频段内传输损耗大于3dB，而且反射系数也超过-10dB。由图3和图4对比可知，设置有深度渐变的加载单元的过渡段能使样品的反射特性得到有效改善。对样品工作于3.769GHz时，表面电场分布做时域有限差分计算，结果如图5所示，由图5得知，样品在通带内电磁场的分布主要局域于加载凹槽周围，因而大大提高了滤波器工作时的抗电磁干扰能力。附图说明图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A处的结构示意图；图3是样品的S参数曲线图。图4是不采用过渡段的滤波器的S参数曲线图；图5是样品工作于3.769GHz时表面电场分布图。附图中的标记为：1-介质板，2-金属微带，3-金属地，4-共面波导段，5-过渡段，6-人工表面等离激元段,7-十字型加载线，8-加载凹槽，9-加载折线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。实施例。一种具有十字型加载线的微波带通滤波器，构成如图1和2所示，包括介质板1，介质板1上设有金属微带2，金属微带2的两侧设有金属地3；所述的金属微带2包括共面波导段4，共面波导段4经过渡段5与人工表面等离激元段6连接；所述的人工表面等离激元段6上分布有加载单元；所述的加载单元包括加载凹槽8，加载凹槽8内设有十字型加载线7，十字型加载线7由4个左右及上下对称的加载折线9构成。前述的加载凹槽8的整体宽度w1的取值为1.5～5.0mm，加载凹槽8的槽深 w2的取值为6～12mm，加载凹槽8的周期p为3～8mm；所述的加载折线9线宽w3的取值为0.2～1.0mm，加载折线9长度L4的取值为3.0～8.0mm，相邻加载折线9纵向间隙d1的取值为0.2～1.0mm，相邻加载折线9横向间隙d2的取值为0.2～1.0mm。处于过渡段5的金属地3的边缘为，满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为8～12mm；g为金属微带2与金属地3间距，其取值为0.1～1mm，w为金属地宽度，其取值为20～35mm，L1为共面波导段的长度，其取值为5～15mm，L2为过渡段长度，其取值为50～80mm。前述的过渡段5上设有深度渐变的加载单元。本实用新型的工作原理：准TEM模式的电磁场由左边的共面波导段4传输到过渡段5，在过渡段5中逐渐渐变为SSPPs模式的电磁场，且在过渡段5中准TEM模式和SSPPs模式的电磁场共存，当电磁场到达人工表面等离激元段6时，完全转化为SSPPs模式的电磁场，并在L3进行传输，传输后SSPPs模式电磁场又经过右边的过渡段转化为准TEM模式的电磁场由右边的共面波导段输出。当电磁场在共面波导段4传播，该段内电磁场的模式为准TEM模式，该模式电磁场被束缚在共面波导段4与金属地3间的介质板内；在过渡段5传播时，该段内准TEM模式与SSPPs模式共存，其中准TEM模式电磁场被束缚在过渡段5与金属地3间的介质板内，SSPPs模式电磁场大部分被束缚在加载凹槽8周围；在L3进行传播时，该段内为SSPPs模式，该模式电磁场被束缚在加载凹槽8周围。当前第1页1 2 3