一种小尺寸低损耗宽阻带锐截止微带低通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种小尺寸低损耗宽阻带锐截止微带低通滤波器。主要由介质板、微带金属面、接地金属面、输入端口、输出端口组成；其微带金属面包括输入并联开路支节、左半圆形阶梯阻抗并联节、右半圆形阶梯阻抗并联节、输出并联开路支节及其连接的微带线，其中输入/输出并联开路节和半圆形阶梯阻抗并联节间级联的微带线是渐变线形；接地金属面包括三个面积相同的二次Hilbert分形缺陷地(DGS)单元结构；整体结构上下对称，左右对称，布局紧凑。仿真结果表明：与传统的微带低通滤波器相比,本发明具有通带内的纹波小，回波损耗和插入损耗较小，阻带较宽，过渡带陡峭，结构紧凑等特点；且具有成本低、尺寸小、易加工等优点。
【专利说明】
一种小尺寸低损耗宽阻带锐截止微带低通滤波器
技术领域
[0001] 本发明涉及的是无线通信、雷达和遥感等电子技术的低通滤波器，公开了一种小 尺寸低损耗宽阻带锐截止特点的微带低通滤波器。本发明中，利用加载微带渐变线的分形 缺陷地结构、半圆形阶梯阻抗单元与微带并联枝节级联设计，所设计的滤波器具有损耗低， 阻带宽，过渡带陡峭及结构紧凑，尺寸小等优点。
【背景技术】
[0002] 为了适应现在日益复杂的电磁环境以及无线通信技术的快速发展，对低通滤波器 性能要求更高，小尺寸、低损耗、宽阻带是衡量滤波器优劣的关键指标。
[0003] 传统的阶梯阻抗微带低通滤波器的尺寸大，阻带窄，不满足现代通信系统发展的 需要。为扩展阻带带宽，文献[1-2]用开路T型微带结构替代传统微带滤波器中的阶梯阻抗 传输线，但该方法设计的滤波器尺寸较大;文献[3]通过把两个发卡型谐振器用等效于电感 的细微带线连接起来构成二级低通滤波器，其阻带性能明显改善，但滤波器结构尺寸仍然 较大。
[0004] 缺陷地结构(Defected Ground Structure，DGS)结构，是在微带线的金属接地面 上，腐蚀出线宽形状各异的非金属单元，从而改变微带线的分布电感和电容，以改善滤波器 的各类传输特性。DGS单元具有良好的带隙特性和慢波效应，具有比较好的特征阻抗，可大 大改善电路的阻带特性（比如抑制谐波、改善效率，提高Q值等），并且使传输线结构更加紧 凑。
[0005] 传统的DGS单元周期级联构成的低通滤波器阻带较窄，不能抑制高次谐波，从而限 制了 DGS在低通滤波器中的应用。传统哑铃型DGS过渡带下降平缓，选择性不好，体积也较 大。文献[4]采用哑铃型和螺旋型缺陷接地结构获得了结构紧凑的DGS准椭圆低通滤波器， 其阻带宽度达到通带带宽的5倍;文献[5]利用半圆形缺陷地结构单元和半圆形阶梯阻抗级 联设计，通过改变其半圆半径和狭缝宽度对滤波器进行优化设计，获得良好的通带和阻带 特性;文献[6]采用Hilbert分形缺陷地结构代替哑铃型DGS单元，设计出锐截止特性的微带 低通滤波器，但其通带反射损耗不理想，达到-15.6dB，其阻带也不够宽，阻带范围为5-13.5GHz，不能抑制3次谐波。
[0006] 所以，如何实现对微带线低通滤波器高次谐波的有效控制，使通带反射损耗进一 步减小，而且尺寸进一步减小是非常重要和迫切需要解决的问题。
[0007] 参考文献
[0008] [1]朱轶智，张晓娟，方广有.基于开路T型结构的小型化超宽阻带滤波器设计[J]， 电子与信息学报，32(9)，2010:2282-2286
[0009] [2]宁俊松，罗正祥，小型化超宽阻带低通滤波器的设计[J]，电子科技大学学报， 39(2),2010:223-226
[0010] [3]杨茂辉，徐军，赵青，彭林.一种新型小型化宽阻带低通滤波器设计[J]，微波学 报，26(4),2010:61-64
[0011] [4]杨瑾屏，吴文.新型DGS准椭圆低通滤波器的研究[J]，电子学报，36(2),2008: 235-238
[0012] [5]魏峰，翟阳文，史小卫.一种新颖的缺陷地微带线低通滤波器[J]，西安电子科 技大学学报，36(4)，2009:645-648
[0013] [6]-种锐截止Hilbert分形缺陷地结构微带低通滤波器，ZL201520276088.X
【发明内容】
[0014]本发明目的在于提出一种新颖的小尺寸低损耗宽阻带锐截止微带低通滤波器的 结构，以解决现有的低通滤波器尺寸较大和阻带较窄，损耗较大等问题。
[0015]为解决上述技术问题，本发明设计了一种加载微带渐变线的Hilbert(希尔伯特） 分形缺陷地结构单元和半圆形阶梯阻抗枝节相级联、并在输入和输出端加载终端开路的微 带并联枝节，构成的低通滤波器结构，如图1(a)所示。其基本原理为:Hilbert (希尔伯特)分 形缺陷地结构单元等效为与主传输线串联的LC并联谐振回路，半圆形阶梯阻抗枝节等效为 与主传输线并联的LC串联谐振回路，因此Hilbert(希尔伯特)分形缺陷地结构单元和半圆 形阶梯阻抗枝节级联的滤波器结构，可以等效为如图1(b)所示的带阻滤波器模型，本发明 就是以带阻滤波器结构，实现宽阻带的低通滤波器；图1(a)中Hilbert分形缺陷地结构单元 的引入，改变了原有微带传输线的特性阻抗，在背面加载的微带渐变线主要用于传输线特 性阻抗的补偿;输入端口及输出端口的微带并联枝节用于改善滤波器端口的阻抗匹配性 能。
[0016] 本发明实例是这样实现的。一种小尺寸低损耗宽阻带锐截止低通滤波器，主要由 介质板、微带金属面、接地金属面、输入端口、输出端口组成，其微带金属面包括传统微带线 和输入并联开路支节、左半圆形阶梯阻抗并联节、右半圆形阶梯阻抗并联节、输出并联开路 支节及连接的微带线，其特征在于其中输入/输出并联开路支节和半圆形阶梯阻抗并联节 间级联的微带线是渐变线形；接地金属面包括三个面积相同的二次Hilbert分形缺陷地 (DGS)单元结构;整体结构上下对称，左右对称，布局紧凑，微带金属面的微带线和支节匹配 部分为金属箱，接地金属面也为金属箱，在其上按三个希尔伯特分形单元用腐蚀液腐蚀露 出介质面。
[0017] 本发明利用加载微带渐变线的Hilbter分形缺陷地(DGS)单元、半圆形阶梯阻抗枝 节、终端开路的微带并联枝节级联设计微带低通滤波器，有效地提高了滤波器的性能，并减 小了滤波器的面积。
[0018] 本发明引入Hilbert (希尔伯特)分形缺陷地单元，二次迭代Hilbert分形结构单元 有着相对比较好的通带性能和阻带特性。它在较低的频段内有3个传输零点，在通带内的插 入损耗很小，通带到阻带很陡峭，它的尺寸比哑铃型DGS单元的尺寸要小。因此它非常适合 于低通滤波器的设计
[0019]本发明利用分形缺陷地单元能够减小滤波器尺寸，降低通带内损耗，并使得滤波 器过渡带更陡峭；半圆形阶梯阻抗单元也有很好的阻带特性;二者级联后将使得通带和阻 带性能有明显改善，而且滤波器尺寸也能够减小。同时在输入输出端口加载了并联开路支 节来补偿微带线，改善滤波器匹配特性，扩宽滤波器阻带的带宽。输入/输出并联开路支节 和半圆形阶梯阻抗支节级联时，设计的Hilbert分形缺陷地的微带金属面是渐变形，可进一 步减小滤波器通带回波损耗、展宽阻带。按上述电路结构所设计的低通滤波器，损耗小、过 渡带陡峭、阻带宽、尺寸小。
[0020]表1是传统滤波器与本发明的微带低通滤波器性能参数比较。
[0021 ]表1微带低通滤波器性能参数比较 [0022]
【附图说明】
[0023] 图1是本发明低通滤波器的结构示意图a及等效图b;
[0024] 图2是本发明实例结构的主视图；
[0025] 图3是本发明实例微带金属面的结构示意图（图2的仰视图）；
[0026] 图4是本发明实例接地金属面的结构示意图（图2的俯视图）；
[0027]图5是图4接地金属面上的三个Hilbert分形缺陷地结构单元示意图；
[0028] 图6是Hilbert分形原理图；
[0029]图7是本发明在截止频率5GHz，阻带宽度6~20GHz以上实施例的具体尺寸图（图中 尺寸单位为mm);
[0030]图8是图7所示实施例HFSS仿真结果。
[0031 ] 其中1----介质板，2----微带金属面，3----接地金属面，4----微带线，5----输入 并联开路支节，6-一左半圆形阶梯阻抗并联节，7-一右半圆形阶梯阻抗并联节，8-一输 出并联开路支节，9----输入渐变微带线，10----缺陷地单元，11----缺陷地单元，12----缺 陷地单元，13----输出渐变微带线。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。
[0033]从图2,3,4中看出本发明实施例主要由介质板（1)、微带金属面(2)、接地金属面 (3 )、输入端口、输出端口组成。
[0034]介质板（1)的相对介电常数为er = 2.2,介质层厚度为H = 0.781mm。中间微带线宽 为2.4_;微带金属面(2)包括传统的微带线(4)和四个并联支节以及两段渐变微带线，依次 是输入并联开路支节(5)、输入渐变微带线(9)、左半圆形阶梯阻抗并联节(6)、右半圆形阶 梯阻抗并联节(7 )、输出并联开路支节(8 )、输出渐变微带线（13);接地金属面(3)包括三个 面积相同的二次Hilbert(希尔伯特)分形缺陷地(DGS)单元结构（10)、（11)、（12);整体结构 上下对称，左右对称，布局紧凑。微带金属面（2)和接地金属面（3)为金属箱，三个Hilbert (希尔伯特)分形单元用腐蚀液腐蚀露出介质面。
[0035]当截止频率5GHz，阻带宽度6~20GHz，回波损耗大于23dB，矩形系数1.02的实施例 的具体尺寸见图7,其中输入并联开路支节(5)和输出并联开路支节(8)的长度为9.7mm，宽 度为0.5_。左半圆形阶梯阻抗并联节(6)和右半圆形阶梯阻抗并联节(7)半径长度为2mm， 连结狭缝的长度为〇. 515mm，宽度为0.2mm。输入并联开路支节(5)和左半圆形阶梯阻抗并联 节(6)之间的输入渐变微带线(9)宽度从2.4mm渐变到1.8mm;左半圆形阶梯阻抗并联节(6) 和右半圆形阶梯阻抗并联节(7)级联的微带金属面宽度为2.4mm;右半圆形阶梯阻抗并联节 (7)和输出并联开路支节(8)之间的输出渐变微带线（13)宽度从1.8mm渐变到2.4mm。
[0036] 分形缺陷地单元结构（10)、（11)、（12)相同，分形次数为2阶，长宽为4.8mmx4.8mm， 其中线宽t为〇.3mm，分形宽度a为0.6mm，b为0.4mm，中间开口宽度g为0.2mm。
[0037] 图7发明实例的仿真结果为图8,从中可以看到，本发明的低通滤波器的过渡带很 陡峭，通带纹波为〇.3dB，其通带内回波损耗大于-23.2dB，通带内插入损耗和回波损耗都比 较小。阻带比较宽，延伸至20GHz，尺寸也减小了许多。矩形系数(k(xdB) = BW(xdB)/BW(3dB)，X可 为40dB、30dB、20dB等）用来描述过渡带的陡峭程度，矩形系数越接近于1，陡峭程度越明显， 本发明实例矩形系数(k( 2MB))达到了 1.02,实现了锐截止。
【主权项】
1. 一种小尺寸低损耗宽阻带锐截止低通滤波器，主要由介质板、微带金属面、接地金属 面、输入端口、输出端口组成，其微带金属面包括传统微带线和输入并联开路支节、左半圆 形阶梯阻抗并联节、右半圆形阶梯阻抗并联节、输出并联开路支节及连接的微带线，其特征 在于其中输入/输出并联开路支节和半圆形阶梯阻抗并联节间级联的微带线是渐变线形； 接地金属面包括三个面积相同的二次Hi Ibert分形缺陷地单元结构;整体结构上下对称，左 右对称，布局紧凑，微带金属面的微带线和支节匹配部分为金属箱，接地金属面也为金属 箱，在其上按三个希尔伯特分形单元用腐蚀液腐蚀露出介质面。
【文档编号】H01P1/203GK105896005SQ201610278574
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】彭菊红, 杨维明, 王旭光, 赵晶晶, 黄汉华
【申请人】湖北大学