專利名稱：一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將DGS(缺陷地結(jié)構(gòu))應(yīng)用于低通濾波器，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
EBS(電子能帶結(jié)構(gòu))和PBG(光子帶隙結(jié)構(gòu))是目前公認(rèn)的可以產(chǎn)生帶隙特性的結(jié)構(gòu)。 目前國(guó)內(nèi)外所提出的PBG結(jié)構(gòu)多種多樣，比如在介質(zhì)基板穿孔，在介質(zhì)基板中填充其他 材料或金屬等等。但是這些方式在機(jī)械加工上具有一定的難度，尤其對(duì)于目前微波電路 的集成化發(fā)展來(lái)說(shuō)，不能很好地相互融合；而且，在微波毫米波電路中，PBG結(jié)構(gòu)由于電 路模型復(fù)雜、尺寸過(guò)大，使其在結(jié)構(gòu)緊湊的微波毫米波組件的應(yīng)用中受到限制。
在光子帶隙結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)上，1999年J.I. Park等人提出了缺陷地結(jié)構(gòu)。它通過(guò)在 微帶線金屬接地板上蝕刻出周期或者非周期的缺陷圖案來(lái)實(shí)現(xiàn)，改變電路襯底材料有效 介電常數(shù)的分布，從而改變微帶線的分布電感和分布電容，使得具有DGS結(jié)構(gòu)的微帶線 呈現(xiàn)出帶隙特性和慢波效應(yīng)。相對(duì)于PBG結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，DGS結(jié)構(gòu)尺寸更小，故能大大減小介 質(zhì)板尺寸、降低介質(zhì)損耗和經(jīng)濟(jì)成本、便于電路集成化；無(wú)需建立周期結(jié)構(gòu)，單元的等 效電路易于提取，便于快速分析。
因此，從DGS結(jié)構(gòu)被提出以來(lái)，基于DGS結(jié)構(gòu)的微波器件大量涌現(xiàn)并廣泛應(yīng)用，成 為在接地金屬板上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的主流方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種用基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾 波器來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波器的小型化，具有高頻率選擇性、低帶內(nèi)損耗以及平穩(wěn)的帶外衰減 等良好性能。
本發(fā)明的主要構(gòu)思是在目前無(wú)線通信技術(shù)集成化、小型化的強(qiáng)烈需求下，在保證 不增加電路額外面積的情況下，對(duì)接地金屬板進(jìn)行研究，依據(jù)典型的傳統(tǒng)觀鈴型缺陷地 結(jié)構(gòu)，對(duì)接地金屬板上蝕刻的缺陷地結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，并將其引入到低通濾波器的設(shè)計(jì)中， 給出了一種非常有效的小型化低通濾波器。
本發(fā)明的小型化低通濾波器包括
(1) 采用高介電常數(shù)材料介質(zhì)基板選用介電常數(shù)為S,二20，厚度lFl.2mm的陶瓷材料
基板；
(2) 結(jié)合缺陷地結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)；
3(3)對(duì)傳統(tǒng)缺陷地結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，提出更加小型化的新型缺陷地結(jié)構(gòu) 本發(fā)明采用的缺陷地結(jié)構(gòu)由兩個(gè)扇形和一個(gè)矩形連接槽組成，該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)啞鈴型DGS
結(jié)構(gòu)的特性相似，可以通過(guò)電路理論等效為一并聯(lián)諧振電路，其等效電容和等效電感分別如
下式所示
Cp= y. 2 pF
丄 =-^ nH
其中，厶是3dB截止頻率，/。是諧振頻率，其單位都是GHz。 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器，包括介質(zhì)基板、微帶線、接地金屬板和在接地金屬 板上蝕刻的缺陷地結(jié)構(gòu)，其特征在于所述缺陷地結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)對(duì)稱的扇形槽通過(guò)一個(gè)矩形連 接槽相連接構(gòu)成。
上述介質(zhì)基板為介電常數(shù)f, =20的高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)板。
上述缺陷地結(jié)構(gòu)共有n個(gè)，n為自然數(shù)l、 2、 3……。它們相互并聯(lián)而共用一根微帶線， 每個(gè)缺陷地結(jié)構(gòu)旁有與所述微帶線連接的開(kāi)路支節(jié)線。
上述缺陷地結(jié)構(gòu)共有3個(gè)，即n=3，其尺寸為中間兩個(gè)支節(jié)線寬度Wl=3mm，而長(zhǎng)度 11=1. 9mm;兩端兩個(gè)支節(jié)線寬度w2^.4mm，而長(zhǎng)度12=2. 9腦；扇形槽半徑r二3mm，矩形連接 槽長(zhǎng)度5=2.06腿，相鄰缺陷地結(jié)構(gòu)間距離d=6. 5腿，扇形槽寬度lf=3.95mra，所述微帶線為 50Q微帶饋線，其寬度為w-0.5鵬，扇形槽的中心角為120度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明將改進(jìn)的缺陷地結(jié)構(gòu)應(yīng)用于低通濾波器，實(shí)現(xiàn)低通濾波器的小型化，具有高頻率 選擇性、低帶內(nèi)損耗以及平穩(wěn)的帶外衰減等良好性能。


圖l是改進(jìn)的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)圖。 圖2是傳統(tǒng)的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)圖。
圖3是改進(jìn)的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)的等效電路圖(Z。=50Q)。
圖4是改進(jìn)的椏鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)的帶隙特性曲線圖。 圖5是三DGS結(jié)構(gòu)單元低通濾波器結(jié)構(gòu)圖。圖6是三DGS結(jié)構(gòu)單元低通濾波器等效電路圖。 圖7是所設(shè)計(jì)低通濾波器的仿真結(jié)果圖。 在圖l、 2中，虛線部分所示為在接地金屬板上蝕刻的缺陷地結(jié)構(gòu)。
在圖5中，黑色部分為介質(zhì)板上方的金屬微帶線；虛線部分為接地金屬板上蝕刻的缺陷 地結(jié)構(gòu)。
在圖6中，DGS結(jié)構(gòu)等效為^、 C,并聯(lián)諧振電路；C,和q分別為兩開(kāi)路支節(jié)線的等效電 容；A、丄2和丄3分別是各短路支節(jié)線對(duì)應(yīng)的等效電感；G為下層DGS結(jié)構(gòu)與上層微帶線之
間的耦合電容。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下
本實(shí)施例中的DGS結(jié)構(gòu)單元圖如附圖1所示，它包含兩個(gè)扇形槽(2)和一個(gè)矩形的連接槽
(3)。常規(guī)啞鈴型DGS結(jié)構(gòu)圖如附圖2所示。選用的陶瓷介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)~=20，厚
度h=l. 2mm， 50Q標(biāo)準(zhǔn)微帶線的導(dǎo)帶寬度為w=0. 5mm。 附圖3示出本實(shí)施例的DGS結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
本實(shí)施例中的DGS結(jié)構(gòu)的帶隙特性如附圖4所示。由圖可以看出，該結(jié)構(gòu)具有很好的帶 隙特性和頻率選擇性。
基于上述DGS結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例是一個(gè)有三個(gè)DGS結(jié)構(gòu)(5)，每個(gè)DGS結(jié)構(gòu)(5)旁有開(kāi)路支 節(jié)線(6、 7、 8、 9)與微帶線(4)連接、截止頻率/^2.92GHz的小型化低通濾波器。本濾波器
結(jié)構(gòu)和它的等效電路分別如附圖5和6。按照諧振頻率/。等于低通濾波器3dB截止頻率乂的
原則來(lái)基本確定DGS結(jié)構(gòu)的尺寸。通過(guò)利用三維電磁場(chǎng)仿真軟件Ansoft HFSS進(jìn)行優(yōu)化、調(diào) 試，來(lái)最終確定具體的尺寸。
經(jīng)過(guò)計(jì)算、仿真和優(yōu)化，最終確定該低通濾波器的具體尺寸如下
中間兩個(gè)支節(jié)線(7、 8)的寬度wl^3mra，而長(zhǎng)度11=1. 9mm
兩端兩個(gè)支節(jié)線(6、 9)的寬度w2i.4mm，而長(zhǎng)度12-2.9mm
扇形槽半徑^3隱，矩形連接槽長(zhǎng)度s=2. 06訓(xùn)
相鄰DGS間距離d=6. 5腿，扇形槽寬度lf=3. 95mm 微帶饋線(4)的寬度為w=0. 5mm
扇形槽的中心角為120度
5附圖7顯示了本實(shí)施例低通濾波器的仿真結(jié)果，仿真結(jié)果曲線能夠很好的反映出本發(fā)明 的優(yōu)越性。仿真結(jié)果表明該發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)-
1) 在通帶范圍內(nèi)，帶內(nèi)波紋小于0.01dB， 20dB阻帶頻率點(diǎn)為3. 4GHz
2) 頻率選擇性高達(dá)35. 4dB/GHz
3) 在絕大部分帶內(nèi)頻段，回波損耗都很小，在27dB以下
4) 實(shí)現(xiàn)了高平穩(wěn)的帶外抑制。
權(quán)利要求
1. 一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器，包括介質(zhì)基板(1)、微帶線(4)、接地金屬板和在接地金屬板上蝕刻的缺陷地結(jié)構(gòu)(5)，其特征在于所述缺陷地結(jié)構(gòu)(5)是由兩個(gè)對(duì)稱的扇形槽(2)通過(guò)一個(gè)矩形連接槽(3)相連接構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器，其特征在于所述介質(zhì)基板(l)為介電常數(shù)S, =20的高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器，其特征在于所述缺陷地結(jié)構(gòu)(5)共 有n個(gè)，n為自然數(shù)l、 2、 3……。它們相互并聯(lián)而共用一根微帶線(4)，每個(gè)缺陷地結(jié)構(gòu) (5)旁有與所述微帶線(4)連接的開(kāi)路支節(jié)線(6、 7、 8、 9)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器，其特征在于所述缺陷地結(jié)構(gòu)(5)共 有3個(gè)，即11=3，其尺寸為中間兩個(gè)支節(jié)線寬度wl=3mm，而長(zhǎng)度ll-1.9mm;兩端兩 個(gè)支節(jié)線寬度w2=0.4mm，而長(zhǎng)度12=2.9mm;扇形槽半徑r=3mm，矩形連接槽長(zhǎng)度 s=2.06mm，相鄰缺陷地結(jié)構(gòu)間距離d=6.5mm，扇形槽寬度lf=3.95mm，所述微帶線(4)為 50Q微帶饋線，其寬度為f0.5mm，扇形槽的中心角為120度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的低通濾波器。它包括介質(zhì)基板、金屬線、接地金屬板和在接地金屬板上蝕刻的缺陷地結(jié)構(gòu)，缺陷地結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)對(duì)稱的扇形槽通過(guò)一個(gè)矩形連接槽相連接構(gòu)成。本發(fā)明的低通濾波器實(shí)現(xiàn)了小型化，具有高頻率選擇性、低帶內(nèi)損耗以及平穩(wěn)的帶外衰減等良好性能。
文檔編號(hào)H01P1/203GK101459269SQ20091004483
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者軍 嚴(yán), 李國(guó)輝, 王慧娜, 歡 陳, 齊雪蕊 申請(qǐng)人:上海大學(xué)