一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的制作方法

1.本实用新型涉及超宽带微波滤波器领域，尤其涉及一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器。


背景技术：

2.如今，微波滤波器成为无线通信系统必不可少的无源器件，用于实现区分频率、选择信号、防止干扰和提高灵敏度等功能。近年来，频谱资源日益紧张，文件、图像和多媒体等高速率传输服务已是人们信息传递的主流方式，电路小型化、宽带化、低插损、高选择性以及低成本成为了微波滤波器非常重要的技术指标，因而超宽带滤波器的研究已成为微波电路设计的一大热点方向。
3.但是，通常利用级联高通与低通滤波器得到的超宽带滤波器，物理尺寸较大，不利于小型化，另外，超宽带滤波器的介质基板通常采用陶瓷材料，加工成本高昂。
4.因此，如何实现超宽带滤波器的高选择性和小型化以及降低超宽带滤波器的制作成本是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器，能够实现超宽带滤波器的高选择性和小型化以及降低超宽带滤波器的制作成本。
6.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.本实用新型提供了一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器，该基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器包括：介质基板，该介质基板的第一表面上设置有金属微带结构，该金属微带结构包括输入端微带线、第一h型枝节、第一矩形枝节、第二h型枝节、第二矩形枝节、输出端微带线；金属微带结构关于介质基板的中间轴线对称；介质基板的第二表面上设置有金属地板，该金属地板包括第一缺陷地单元、第二缺陷地单元和金属单元；第一缺陷地单元和第二缺陷地单元是在金属单元上刻蚀形成的空气单元；其中，输入端微带线的第一端和第一h型枝节连接，该第一h型枝节还和第一矩形枝节的第一端连接；输出端微带线的第一端和第二h型枝节的连接，该第二h型枝节还和第二矩形枝节的第一端连接；第二缺陷地单元位于第一缺陷地单元的内部；第一缺陷地单元和第二缺陷地单元所在区域与金属微带结构所在区域上下对应。
8.可选地，输入端微带线和输出端微带线均为矩形微带馈线。
9.可选地，输入端微带线和输出端微带线均为50欧姆微带线。
10.可选地，第一h型枝节由第一微带线、第二微带线和第三微带线组成；其中，第一微带线和第二微带线平行，且第一微带线和第二微带线的宽度和长度均不同；第三微带线设置于第一微带线和第二微带线之间，且分别与第一微带线、第二微带线垂直；输入端微带线的第一端和第一微带线的第一侧连接，该第一微带线的第二侧和第三微带线的第一端连接，该第三微带线的第二端和第二微带线的第一侧连接，该第三微带线的中间部分还和第
一矩形枝节的第一端连接。
11.可选地，第二h型枝节由第四微带线、第五微带线和第六微带线组成；其中，第四微带线和第五微带线平行，且该第四微带线和该第五微带线的宽度和长度均不同；第六微带线设置于第四微带线和第五微带线之间，且分别与第四微带线、第五微带线垂直；输出端微带线的第一端和第四微带线的第一侧连接，该第四微带线的第二侧和第六微带线的第一端连接，该第六微带线的第二端和第五微带线的第一侧连接，该第六微带线的中间部分还和第二矩形枝节的第一端连接。
12.可选地，第一h型枝节和第二h型枝节之间设有缝隙，该第一h型枝节和该第二h型枝节不接触。
13.可选地，第一缺陷地单元为c形缺陷地单元，第二缺陷地单元为哑铃形缺陷地单元。
14.可选地，第一缺陷地单元和第二缺陷地单元关于金属单元的中间轴线对称。
15.可选地，介质基板的厚度为0.8mm，长度为14.6mm，宽度为12mm。
16.可选地，介质基板为环氧树脂介质基板。
17.本实用新型的有益效果：本实用新型所提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器，该基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器包括：设置在介质基板的第一表面的金属微带结构，该金属微带结构关于介质基板的中间轴线对称，还包括设置在介质基板的第二表面的金属地板。其中，金属微带结构中的第一h型枝节和第二h型枝节实现了带通滤波功能，第一矩形枝节和第二矩形枝节增强了滤波器整体的耦合性；金属地板上设置的第一缺陷地单元和第二缺陷地单元进一步增强了滤波器整体的耦合性，同时还确保了良好的通带性能，另外本实用新型提出的超宽带滤波器尺寸较小且结构紧凑，满足了超宽带滤波器小型化的设计要求，并且介质基板采用了环氧树脂介质基板，加工成本低。
附图说明
18.图1为本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的结构示意图；
19.图2为本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的俯视图；
20.图3为本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的金属微带结构的尺寸参数说明图；
21.图4为本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的金属地板的结构示意图；
22.图5为本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的金属地板的尺寸参数说明图；
23.图6为本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的s参数的仿真结果图。
24.附图标记说明：1－介质基板，2－金属微带结构，2-1－输入端微带线，2-2－第一h型枝节，2-3－第一矩形枝节，2-4－第二h型枝节，2-5－第二矩形枝节，2-6－输出端微带线，3－金属地板，3-1－第一缺陷地单元，3-2－第二缺陷地单元，3-3－金属单元，2-21－第
一微带线，2-22－第二微带线，2-23－第三微带线，2-41－第四微带线，2-42－第五微带线，2-43－第六微带线。
具体实施方式
25.下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性地，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
27.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.图1示出了本技术实施例提供的一种基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的结构示意图，如图1所示，该基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器包括：介质基板1，该介质基板1的第一表面上设置有金属微带结构2，该金属微带结构2包括输入端微带线2-1、第一h型枝节2-2、第一矩形枝节2-3、第二h型枝节2-4、第二矩形枝节2-5、输出端微带线2-6；金属微带结构2关于介质基板1的中间轴线对称；介质基板1的第二表面上设置有金属地板3，该金属地板3包括第一缺陷地单元3-1、第二缺陷地单元3-2和金属单元3-3；第一缺陷地单元3-1和第二缺陷地单元3-2是在金属单元3-3上刻蚀形成的空气单元；其中，输入端微带线2-1的第一端和第一h型枝节2-2连接，该第一h型枝节2-2还和第一矩形枝节2-3的第一端连接；输出端微带线2-6的第一端和第二h型枝节2-4的连接，该第二h型枝节2-4还和第二矩形枝节2-5的第一端连接；第二缺陷地单元3-2位于第一缺陷地单元3-1的内部；第一缺陷地单元3-1和第二缺陷地单元3-2所在区域与金属微带结构2所在区域上下对应。
30.可选地，本技术实施例中，上述介质基板1为环氧树脂介质基板。
31.进一步地，上述介质基板1的材质为环氧树脂玻璃纤维板，其相对介电常数为4.4，防火等级为fr4，加工成本低从而可以大大降低超宽带滤波器的制作成本。
32.可选地，介质基板的厚度为0.8mm，长度为14.6mm，宽度为12mm。
33.可以理解，该基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的整体尺寸即为14.6mm
×
12mm。
34.可选地，本技术实施例中，上述介质基板1的第一表面可以为介质基板1的上表面，该上表面设置有金属微带结构2，该金属微带结构2可以直接贴合在介质基板1的上表面，或者利用现有物理气相工艺或化学沉积工艺形成在介质基板1上。本领域技术人员可以根据具体场景选择合适的工艺将金属微带结构2贴合到介质基板1上，本技术不作限定。
35.具体地，上述金属微带结构2可以采用蚀刻的方式固定在介质基板1的第一表面上。
36.可选地，本技术实施例中，如图2所示，上述输入端微带线2-1和输出端微带线2-6均为矩形微带馈线。
37.可选地，本技术实施例中，上述输入端微带线2-1和输出端微带线2-6均为50欧姆微带线。
38.可选地，本技术实施例中，上述输入端微带线2-1和输出端微带线2-6的形状和大小相同，并对称设置在介质基板的两侧，且该输入端微带线2-1和输出端微带线2-6位于同一水平线上。
39.进一步地，上述输入端微带线2-1和输出端微带线2-6具体可以为铜材料制成的具体预设宽度和预设厚度的金属薄层，且该预设宽度和预设厚度可以根据具体场景进行选择。
40.可选地，本技术实施例中，上述基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器还可以包括馈电接头，该馈电接头设置于介质基板1上的输入端微带线2-1所在的一端，该馈电接头包括第一导体和第二导体。
41.进一步地，上述馈电接头可以为微型馈电接头(sub miniature version a，sma)，sma接头具体可以和介质基板1的输入端微带线2-1和金属地板3连接在一起。其中，上述第一导体具体可以为sma接头内部的探针，上述第二导体具体可以为sma接头外部的底座。
42.具体地，馈电接头的第一导体和输入端微带线2-1焊接在一起，馈电接头的第二导体和金属地板3焊接在一起。
43.可以理解，输入端微带线第一端和第一h型枝节连接，输入端微带线第二端和馈电接头的第一导体连接，馈电接头的第二导体和金属地板连接，从而基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器可以通过馈电接头馈电。
44.可选地，本技术实施例中，上述第一h型枝节2-2和第二h型枝节2-4的形状和大小相同，并对称设置在介质基板上，且该第一h型枝节2-2和第二h型枝节2-4位于同一水平线上。
45.可选地，上述第一h型枝节2-2和第二h型枝节2-4具体可以为铜材料制成的具体预设宽度和预设厚度的金属薄层，且该预设宽度和预设厚度可以根据具体场景进行选择。
46.可以理解，第一h型枝节和第二h型枝节等效为一个对称π型二端口的网络模型，从而使得基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器可以实现带通滤波功能。
47.为了增强所设计的超宽带滤波器整体的耦合性，在第一h型枝节和第二h型枝节的中间分别引入一个的矩形枝节，并且可以通过调整该矩形枝节的长度来调整该超宽带滤波器整体的性能。
48.可选地，本技术实施例中，第一矩形枝节2-3的第一端和第一h型枝节2-2的中部连
接，第一矩形枝节2-3的第二端和金属微带结构2中的其他部分不接触；第二矩形枝节2-5的第一端和第二h型枝节2-4的中部连接，第二矩形枝节2-5的第二端和金属微带结构2中的其他部分不接触。
49.以下具体说明第一h型枝节和第二h型枝节的结构。
50.可选地，本技术实施例中，结合图1，如图2所示，上述第一h型枝节2-2由第一微带线2-21、第二微带线2-22和第三微带线2-23组成；其中，第一微带线2-21和第二微带线2-22平行，且第一微带线2-21和第二微带线2-22的宽度和长度均不同；第三微带线2-23设置于第一微带线2-21和第二微带线2-22之间，且分别与第一微带线2-21、第二微带线2-22垂直；输入端微带线2-1的第一端和第一微带线2-21的第一侧连接，该第一微带线2-21的第二侧和第三微带线2-23的第一端连接，该第三微带线2-23的第二端和第二微带线2-22的第一侧连接，该第三微带线2-23的中间部分还和第一矩形枝节2-3的第一端连接。
51.可选地，本技术实施例中，上述第一微带线2-21和第二微带线2-22为相互平行的两条微带线，第三微带线2-23位于第一微带线2-21和第二微带线2-22之间。
52.可以理解，第一微带线和第二微带线为第一h型枝节中的竖直设置的两条微带线，而第三微带线为第一h型枝节中的水平设置的一条微带线。
53.可选地，本技术实施例中，第一微带线2-21和第二微带线2-22均为矩形金属微带线，但是第一微带线2-21和第二微带线2-22的长度和宽度不同。
54.进一步可选地，第一微带线2-21的长度大于第二微带线2-22，且第一微带线2-21的第一侧和输入端微带线2-1的第一端连接，该第一微带线2-21的长度影响超宽带滤波器的高频传输零点的位置、抑制度和插入损耗。
55.具体地，第一微带线2-21、第二微带线2-22和第三微带线2-23可以均为铜材料制成的具体预设宽度和预设厚度的金属薄层，且该预设宽度和预设厚度可以根据具体场景进行选择。
56.可选地，本技术实施例中，上述第一矩形枝节2-3为矩形金属微带线，具体地，该第一矩形枝节2-3为铜材料制成的具体预设宽度和预设厚度的金属薄层。其中，第一矩形枝节2-3的长度影响超宽带滤波器的谐振频点的位置，在高频段频率变化尤为明显，通过改变谐振频点的位置可改变滤波器的矩形系数，使滤波器具有更好的选择性。
57.可选地，本技术实施例中，结合图2所示，上述第二h型枝节2-4由第四微带线2-41、第五微带线2-42和第六微带线2-43组成；其中，第四微带线2-41和第五微带线2-42平行，且该第四微带线2-41和该第五微带线2-42的宽度和长度均不同；第六微带线2-43设置于第四微带线2-41和第五微带线2-42之间，且分别与第四微带线2-41、第五微带线2-42垂直；输出端微带线2-6的第一端和第四微带线2-41的第一侧连接，该第四微带线2-41的第二侧和第六微带线2-43的第一端连接，该第六微带线2-43的第二端和第五微带线2-42的第一侧连接，该第六微带线2-43的中间部分还和第二矩形枝节2-5的第一端连接。
58.可选地，本技术实施例中，上述第四微带线2-41和第五微带线2-42为相互平行的两条微带线，第六微带线2-43位于第四微带线2-41和第五微带线2-42之间。
59.可以理解，第四微带线2-41和第五微带线2-42为第二h型枝节2-4中的竖直设置的两条微带线，而第六微带线2-43为第二h型枝节2-4中的水平设置的一条微带线。
60.可选地，本技术实施例中，第四微带线2-41和第五微带线2-42均为矩形金属微带
线，但是第四微带线2-41和第五微带线2-42的长度和宽度不同。
61.进一步可选地，第四微带线2-41的长度大于第五微带线2-42，且第四微带线2-41的第一侧和输出端微带线2-6的第一端连接，该第四微带线2-41的长度影响超宽带滤波器的高频传输零点的位置、抑制度和插入损耗。
62.具体地，第四微带线2-41、第五微带线2-42和第六微带线2-43可以均为铜材料制成的具体预设宽度和预设厚度的金属薄层，且该预设宽度和预设厚度可以根据具体场景进行选择。
63.可选地，本技术实施例中，上述第二矩形枝节2-5为矩形金属微带线，具体地，该第二矩形枝节2-5为铜材料制成的具体预设宽度和预设厚度的金属薄层。其中，第二矩形枝节2-5的长度影响超宽带滤波器的谐振频点的位置，在高频段频率变化尤为明显，通过改变谐振频点的位置可改变滤波器的矩形系数，使滤波器具有更好的选择性。
64.本技术实施例中，结合图2所示，上述第一h型枝节2-2和第二h型枝节2-4之间设有缝隙，该第一h型枝节2-2和该第二h型枝节2-4不接触。
65.可选地，本技术实施例中，上述第一h型枝节2-2和第二h型枝2-4对称设置在介质基板的第一表面，且第一h型枝节2-2和第二h型枝2-4之间设置有缝隙，即该第一h型枝节2-2和该第二h型枝节2-4中的任意部分不接触。
66.需要说明的是，第一h型枝节和第二h型枝之间的缝隙基本不影响超宽带滤波器的中心频率和相对带宽，但随着缝隙的增大，超宽带滤波器的通带选择性有所改善，矩形系数变得更好。另外，缝隙的增大也会影响滤波器的回波损耗，且通带内高频段和低频段的变化是相反的，因此可以折中选择合适的取值，以满足该基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的应用要求。
67.可选地，本技术实施例中，结合图2，如图3所示，上述超宽带滤波器的金属微带结构的尺寸参数如下：输入端微带线(输出端微带线)的宽度w1＝1.5mm，第一矩形枝节(第二矩形枝节)的宽度w2＝0.2mm，第一微带线(第四微带线)的宽度w3＝0.7mm，第三微带线(第六微带线)的宽度w4＝1.1mm，第二微带线(第五微带线)的宽度w5＝1mm，输入端微带线(输出端微带线)的长度l1＝4mm，第一微带线(第四微带线)的长度l2＝4.3mm，第一矩形枝节(第二矩形枝节)的长度l3＝2.4mm，第二微带线(第五微带线)的长度l4＝3.75mm，输入端微带线和第一微带线(输出端微带线和第四微带线)之间的高度差c＝2.1mm，第一h型枝节和第二h型枝节之间的缝隙s＝1mm。
68.本技术实施例中，如图4所示，上述第一缺陷地单元3-1为c形缺陷地单元，第二缺陷地单元3-2为哑铃形缺陷地单元。
69.可选地，本技术实施例中，第一缺陷地单元3-1和第二缺陷地单元3-2关于金属单元的中间轴线对称。
70.可选地，本技术实施例中，上述介质基板1的第二表面可以为介质基板1的下表面，该下表面设置有第一缺陷地单元3-1、第二缺陷地单元3-2和接地金属单元3-3。
71.进一步可选地，本技术实施例中，上述金属单元3-3可以为一块整体的金属贴片，该金属贴片固定贴合在介质基板1的下表面，作为金属接地板。
72.进一步可选地，本技术实施例中，第一缺陷地单元3-1、第二缺陷地单元3-2均是在金属地板上刻蚀去除相应的结构形状，从而形成的空气单元。
73.具体地，第一缺陷地单3-1可以为在“口”字型结构的一边上刻蚀去除一小段，形成的一个c形缺陷地单元，且该c形缺陷地单元的开口朝下设置；第二缺陷地单元3-2可以为在一个大的矩形结构相对的两边上分别刻蚀去除一个小的矩形结构，形成的一个哑铃形缺陷地单元，且该哑铃形缺陷地单元位于的c形缺陷地单元的中部，其中，该哑铃形缺陷地单元中的矩形缺口和该c形缺陷地单元的开口相对。
74.本技术实施例中，在金属接地板上加入一个改进的c形缺陷地单元，同时在其嵌套一个哑铃形缺陷地单元，这种组合结构使得滤波器的整体耦合性能显著增强，同时，金属接地板上的c形缺陷地单元增大了奇模电容，从而提高了超带宽滤波器的整体耦合系数，在增强整体耦合的同时还确保了良好的通带性能。
75.本技术实施例中，第一缺陷地单元3-1与第二缺陷地单元3-2的间隙增大时，截止频率不断向高频移动，超宽带滤波器整体通带和中心频率也往高频方向移动，带宽有所增加，但通带内的回波损耗也随之增加。第一缺陷地单元数，可通过优化选择折中尺寸，以满足该超宽带的应用要求。
76.可选地，本技术实施例中，结合图4，如图5所示，基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器的金属地板结构的尺寸参数如下：第一缺陷地单元的侧边宽度w6＝0.5mm，第一缺陷地单元的下边宽度w7＝1mm，第二缺陷地单元的中间宽度w8＝0.8mm，第一缺陷地单元的上边长度l5＝6.6mm，第一缺陷地单元的侧边长度l6＝5.3mm，第一缺陷地单元的底边长度l7＝2.8mm，第二缺陷地单元的中间长度l8＝1mm，第一缺陷地单元和第二缺陷地单元上下间距d＝0.2mm，第一缺陷地单元和第二缺陷地单元左右间距d1＝0.4mm。
77.本技术实施例中，如图6所示，对根据上述具体实施方式设计的基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器进行的s11仿真测试结果显示，该基于共面波导-微带线结构的超宽带滤波器在s11《-10db时的工作频段范围为：3.6-12.8ghz，其相对带宽达到了112％，插入损耗在小于1.5db的范围内，回波损耗大于16db，在通带两端产生了两个传输零点分别大于45db和29db，同时通带外具有良好的带外抑制，通带边缘相对陡峭。
78.本实用新型提出的超宽带滤波器尺寸较小且结构紧凑，同时在各项性能方面表现良好。
79.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。