專利名稱：基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波通信領(lǐng)域的濾波器，特別是一種基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超
寬帶帶通濾波器。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對信息傳輸系統(tǒng)的要求越來越高。在此背景 之下，超寬帶技術(shù)以其系統(tǒng)簡單、成本低、功耗小、數(shù)據(jù)傳輸速度快、安全性高等優(yōu)點 成為目前通信領(lǐng)域的一個研究熱點。自從2002年FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)解禁了 3.1-10.6GHz段的頻譜，并使之能夠應(yīng)用于超寬帶設(shè)備之后，更是在學(xué)術(shù)界和工業(yè)制造領(lǐng) 域掀起了一股超寬帶技術(shù)的研究熱潮。而濾波器在整個射頻超寬帶電路系統(tǒng)中扮演著相 當(dāng)重要的角色。它的特性好壞對于系統(tǒng)的整體性能起著非常重要的作用。
現(xiàn)有的寬帶帶通濾波器主要包括平行耦合線濾波器，交指型濾波器，梳狀線濾 波器，以及開路或者短路枝節(jié)濾波器等，但是他們達到帶寬的程度是有限的， 一般相對 帶寬不超過50%。且傳統(tǒng)的設(shè)計方法由于耦合線的奇偶模阻抗之比過大，用任何一種介 質(zhì)材料均難以實現(xiàn)。 由于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)(Defected Ground Structure, DGS)能夠造成頻帶特殊 的帶阻(bandstop)或帶通(bandpass)的特性，因此人們也開始思考將其引入到超寬帶設(shè)計 中。而傳統(tǒng)的缺地陷結(jié)構(gòu)一般為"啞鈴"型、或者"矩形"，這種結(jié)構(gòu)的特點是能夠引 入傳輸零點，但是其插損相對較大，選擇性較差。而且目前基于DGS的超寬帶濾波器不 是設(shè)計復(fù)雜，就是損耗較大，結(jié)構(gòu)不具有通用性，很難方便地設(shè)計任意頻段的超寬帶濾 波器。 經(jīng)過申請人進行查閱現(xiàn)有文獻發(fā)現(xiàn)，中國專利申請"超寬帶微帶濾波器"(申 請?zhí)?00610117045.2)采用高通和低通濾波器相結(jié)合實現(xiàn)濾波器的超寬帶特性，該發(fā)明 中采用了 7個鵬鈴型的DGS結(jié)構(gòu)和縫隙單元，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試參數(shù)多，設(shè)計起來很困 難；再加上"啞鈴"型DGS插損相對較大，選擇性較差，因此此種濾波器帶內(nèi)最大插損 達到-1.5dB，帶外抑制只能達到-20dB以下。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于地 面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，其結(jié)構(gòu)簡單，帶寬可覆蓋任意超寬帶頻段 (3.1-10.6GHz段內(nèi))，并能有效地抑制帶外的信號，使衰減能夠達到35dB以上。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 —種基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，包括設(shè)置在雙面敷銅微帶 板的正面上的電路板和反面上的接地板，其特征在于 所述的電路板包括兩條平行的第一耦合微帶線和第二耦合微帶線，第一耦合微 帶線通過輸入端傳輸線和輸入端口相連接，第二耦合微帶線通過輸出端傳輸線與輸出端口相連接； 所述的接地板包括第一、第二和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)，所述的第一、第二 和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)是在接地板上面刻蝕去相應(yīng)的倒"S"形狀所形成的空氣單 元；其中，第一倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)位于電路板兩條平行的第一、第二耦合微帶線的 正下方的中心，第二倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)對稱分布在第一 倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，并分別位于輸出端傳輸線3和輸入端傳輸線的正下方的中 心。 本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，實現(xiàn)了濾波器的 超寬帶性能，同時保證濾波器帶外的高選擇性。是一種帶寬可覆蓋任意超寬帶頻段 (3.1-10.6GHz段內(nèi))的DGS超寬帶帶通濾波器。


圖1為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器總體結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖2為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器正面電路板結(jié)構(gòu) 示意圖； 圖3為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器背面接地板結(jié)構(gòu) 示意圖； 圖4為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器中間部分結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖5為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器中間部分結(jié)構(gòu)的 等效電路圖； 圖6為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器中間部分結(jié)構(gòu)的 頻率特性示意圖； 圖7為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器正面電路板兩側(cè) 部分結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器兩側(cè)部分結(jié)構(gòu)的 等效電路圖； 圖9為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器兩側(cè)部分結(jié)構(gòu)的 頻率特性示意圖； 圖10為兩種結(jié)構(gòu)的傳輸響應(yīng)比較圖； 圖11為本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器實測的頻率特性 示意圖。 以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式
參見附圖，本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，包括設(shè)置 在雙面敷銅微帶板的正面上的電路板11和反面上的接地板10 ; 電路板11包括兩條平行的第一耦合微帶線1和第二耦合微帶線2，第一耦合微帶
4線1通過輸入端傳輸線4和輸入端口 9相連接，第二耦合微帶線2通過輸出端傳輸線3與 輸出端口8相連接； 所述的接地板10包括第一、第二和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、 6、 7)，上述 第一、第二和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、 6、 7)是在接地板10上面刻蝕去相應(yīng)的倒 "S"形狀所形成的空氣單元；其中，第一倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5)位于電路板11兩條 平行的第一、第二耦合微帶線(l、 2)的正下方的中心，第二倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)6和第 三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)7對稱分布在第一倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)5的兩側(cè)，并分別位于 輸出端傳輸線3和輸入端傳輸線4的正下方的中心。 第一倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)5的倒"S"形狀面積的大小用于決定超寬帶帶通 濾波器的中心頻率；第二倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)6和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)7的倒 "S"形狀大小影響超寬帶帶通濾波器的帶外選擇性。 所述的第一耦合微帶線1和第二耦合微帶線2是均勻傳輸線，或者是鋸齒型或其 它彎折形型線。第一耦合微帶線1和第二耦合微帶線2的長度和寬度用于決定超寬帶帶 通濾波器的高端截止頻率； 輸出端傳輸線3和輸入端傳輸線4的寬度能夠影響超寬帶帶通濾波器的帶內(nèi)和帶 外選擇性。 輸出端傳輸線3和輸入端傳輸線4是均勻傳輸線。 所述的反面部分的倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、 6、 7)是在接地板10的接地面上刻 蝕出的。 由此可見，由于本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器的帶寬 由第一、第二和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、 6、 7)的面積和平行的第一、第二耦合微 帶線(l、 2)以及連接輸入端口 9和輸出端口 8的輸出端傳輸線3和輸入端傳輸線4決定， 因此可以根據(jù)需要，設(shè)計任意帶寬的超寬帶濾波器。 如圖4、 5、 6所示，超寬帶帶通濾波器中間部分結(jié)構(gòu)具有超寬帶特性。本發(fā) 明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器中間部分結(jié)構(gòu)的等效電路圖如圖5所 示，包括電感L1、 L2禾PL3，電容C1、 Ca禾PC3，其中Ll和Cl串聯(lián)構(gòu)成一支路，C3 和L3并聯(lián)構(gòu)成一支路，L2和Ca分別在兩端。圖6給出了本發(fā)明的基于地面缺陷型接地 結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器中間部分結(jié)構(gòu)的電路仿真結(jié)果和ANSOFT HFSS實物建模仿真結(jié) 果，二者吻合的很好。 如圖7、 8、 9所示，超寬帶帶通濾波器兩側(cè)部分結(jié)構(gòu)具有低通特性。其中，本
發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器兩側(cè)部分結(jié)構(gòu)的等效電路圖，包括
電感L1、 L2，電容C1、 C2，其中L1和C1串聯(lián)構(gòu)成一支路，C2構(gòu)成一支路，L2分別
在兩端。圖9給出了本發(fā)明的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器兩側(cè)部分結(jié)
構(gòu)的電路仿真結(jié)果和ANSOFT HFSS實物建模仿真結(jié)果，二者吻合的很好。 如圖10所示，相比與啞鈴型結(jié)構(gòu)，倒"S"型帶內(nèi)相應(yīng)十分平坦，帶外衰減很快。 通過實際制作與測試，得到的傳輸參數(shù)如圖ll，帶寬可以達到3.3-10GHz，最大
插損為0.8dB，通帶回波損耗最大值為-lOdB，其帶外衰減在-35dB以下。 本發(fā)明中的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，可以是倒"S"型以外的其它異型結(jié)構(gòu)，如"E"型，"凹"型等。 本發(fā)明中的平行耦合線也可以變更為鋸齒型或其它彎折形結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明中的輸出端傳輸線3和輸入端傳輸線4也可以是階梯變換的不均勻形式的
傳輸線。 以上的實施例，僅為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，用于進一步說明本發(fā)明，并不 能以該實施例限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本發(fā)明權(quán)利要求及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的 簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明專利覆蓋的范圍。
權(quán)利要求
一種基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，包括設(shè)置在雙面敷銅微帶板的正面上的電路板(11)和反面上的接地板(10)，其特征在于所述的電路板(11)包括兩條平行的第一耦合微帶線(1)和第二耦合微帶線(2)，第一耦合微帶線(1)通過輸入端傳輸線(4)和輸入端口(9)相連接，第二耦合微帶線(2)通過輸出端傳輸線(3)與輸出端口(8)相連接；所述的接地板(10)包括第一、第二和第三倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、6、7)，所述的第一、第二和第三倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、6、7)是在接地板(10)上面刻蝕去相應(yīng)的倒“S”形狀所形成的空氣單元；其中，第一倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)(5)位于電路板(11)兩條平行的第一、第二耦合微帶線(1、2)的正下方的中心，第二倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)(6)和第三倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)(7)對稱分布在第一倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)(5)的兩側(cè)，并分別位于輸出端傳輸線(3)和輸入端傳輸線(4)的正下方的中心。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，其特征在于， 所述的第一倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5)的倒"S"形狀面積的大小用于決定超寬帶帶通濾 波器的中心頻率；第二倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(6)和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(7)的倒"S"形狀大小影響超寬帶帶通濾波器的帶外選擇性。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，其特征在于， 所述的第一、第二和第三倒"S"型缺地陷結(jié)構(gòu)(5、 6、 7)是"E"型或"凹"型或其它 異型結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，其特征在于， 所述的第一耦合微帶線(1)和第二耦合微帶線(2)是均勻傳輸線，或者是鋸齒型或其它彎 折形型線。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，其特征在于， 所述的第一耦合微帶線(1)和第二耦合微帶線(2)的長度和寬度用于決定超寬帶帶通濾波 器的高端截止頻率；所述的輸出端傳輸線(3)和輸入端傳輸線(4)的寬度能夠影響超寬帶 帶通濾波器的帶內(nèi)和帶外選擇性。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，其特征在于， 所述的輸出端傳輸線(3)和輸入端傳輸線(4)是均勻傳輸線或者是階梯變換的不均勻形式 的傳輸線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于地面缺陷型接地結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器，包括雙面敷銅微帶板的正面上的電路板和反面上的接地板，電路板包括兩條平行的第一耦合微帶線和第二耦合微帶線，第一耦合微帶線通過輸入端傳輸線和輸入端口相連接，第二耦合微帶線通過輸出端傳輸線與輸出端口相連接；接地板包括第一、第二和第三倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)，其中，第一倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)位于電路板兩條平行的第一、第二耦合微帶線和的正下方的中心，第二倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)和第三倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)對稱分布在第一倒“S”型缺地陷結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，并分別位于輸出端傳輸線和輸入端傳輸線的正下方的中心。是一種帶寬可覆蓋任意超寬帶頻段(3.1-10.6GHz段內(nèi))的DGS超寬帶帶通濾波器。
文檔編號H01P1/20GK101692512SQ20091002412
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者宋煥生, 張邵陽, 朱永忠, 李懷宇 申請人:長安大學(xué)