正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，濾波器包括上層的微帶線結構、中間層的介質基板以及下層的接地金屬面，上層微帶線結構附著在中間介質板上表面，接地金屬面附著在中間介質板下表面，上層的微帶線結構包括在兩端的輸入端口、輸出端口以及經(jīng)過加窗函數(shù)調制的周期性微帶線。本發(fā)明將缺陷面接地的加權技術直接用于一維正弦EBG帶阻濾波器的微帶傳輸線設計中，通過窗函數(shù)對信號進行加權，以減小對無限時域信號進行有限截斷時的截斷誤差。這樣在保證器件性能不變的情況下，做到器件尺寸的小型化，可用較小的正弦型周期數(shù)目來實現(xiàn)。本發(fā)明改善了帶阻濾波器的通帶波紋和反射旁瓣性能，使得該類濾波器的制作工藝也更加簡單。
【專利說明】正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器。
【背景技術】
[0002]濾波器在通信系統(tǒng)尤其在無線通信系統(tǒng)當中的使用十分廣泛，可以實現(xiàn)鏡像消除、諧波抑制和信道選擇等功能，以保證通信質量，在通信系統(tǒng)中具有十分重要的地位。其中帶阻濾波器是一種抑制某一頻段內(nèi)的信號，而讓頻段以外的信號通過的濾波器?？捎糜跓o線通信系統(tǒng)中抑制高功率發(fā)射機和非線性功放等的雜散頻譜以及帶通濾波器的寄生通帶等。
[0003]電磁帶隙結構(Electromagnetic Band Gap, EBG)是一種存在明顯的禁帶特性的周期結構，能夠使某些頻段的電磁波無法從中通過，可以抑制電路的路間耦合，提高諧振器的Q值，制作低通濾波器、功分器等微波器件，還可以用來抑制天線旁瓣，提高天線增益和帶寬等。
[0004]利用電磁帶隙結構制作的帶阻濾波器，具有通帶波紋較大，反射旁瓣較高的缺點，不利于通帶內(nèi)電磁波的傳輸。正弦型電磁帶隙帶阻濾波器是一種微帶線線寬按照正弦規(guī)律變化的電磁帶隙結構微帶濾波器，為了提高正弦型電磁帶隙帶阻濾波器的濾波性能，需要對通帶波紋和反射旁瓣進行抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，本發(fā)明改善了帶阻濾波器的通帶波紋和反射旁瓣性能，制作工藝也更加簡單。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案是:
[0007]—種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，濾波器包括上層的微帶線結構、中間層的介質基板以及下層的接地金屬面，上層微帶線結構附著在中間介質板上表面，接地金屬面附著在中間介質板下表面，上層的微帶線結構包括在兩端的輸入端口、輸出端口以及經(jīng)過加窗函數(shù)調制的周期性微帶線。
[0008]對于上述技術方案，發(fā)明人還有進一步的優(yōu)化實施方案。
[0009]作為優(yōu)化，所述周期性微帶線為經(jīng)過加窗函數(shù)調制的η個正弦型周期結構的微帶線單元。
[0010]進一步，輸入、輸出端口采用50歐姆匹配，每個微帶線單元平均特征阻抗也為50歐姆。
[0011]作為優(yōu)化，所述上層微帶線結構中，通過加窗函數(shù)實現(xiàn)對每個微帶線單元的耦合系數(shù)的調制，使周期性微帶線中的每個微帶線單元的耦合系數(shù)均滿足加窗函數(shù)的分布。
[0012]進一步，所述加窗函數(shù)對每個微帶線單元的調制為加權調制，所述加權調制包括高斯窗加權、海明窗加權、漢寧窗加權以及布萊克曼窗加權。
[0013]更進一步，實現(xiàn)加權調制后的各微帶線單元的耦合系數(shù)An為:[0014]高斯窗加權:An=Rmaxexp(_2 (2xn)2).A ；
[0015]海明窗加權=An=Rmax(0.54+0.46cos(2 πχη)).A ;
[0016]漢寧窗加權=An=Rmax(0.5 (1+cos (2 Jixn))).A ;
[0017]布萊克曼窗加權:An=Rmax(0.42+0.5cos (2 π χη) +0.08cos (4 π χη)).A
[0018]其中:η為第η個周期的微帶線單元；Χη為第η個周期的微帶線單元中心對應的歸一化χ坐標值；Rmax為加權稱合倍數(shù)。
[0019]相對于現(xiàn)有技術中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0020]本發(fā)明描述一種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，為一維帶隙帶阻濾波器結構，該濾波器將缺陷面接地的加權技術直接用于一維正弦EBG帶阻濾波器的微帶傳輸線設計中，通過窗函數(shù)對信號進行加權，(加窗技術是信號處理中一種利用窗函數(shù)減少頻譜能量泄漏的技術)，以減小對無限時域信號進行有限截斷時的截斷誤差。這樣在保證器件性能不變的情況下，做到器件尺寸的小型化，可用較小的正弦型周期數(shù)目來實現(xiàn)。本發(fā)明利用加窗技術改善信號的頻域響應，用于改善帶阻濾波器的通帶波紋和反射旁瓣性能，使得該類濾波器的制作工藝也更加簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0022]圖1是正弦型電磁帶隙帶阻濾波器的模型；
[0023]圖2是正弦型電磁帶隙帶阻濾波器S參數(shù)的仿真結果與實驗結果，左圖為S11參數(shù)，右圖為S21參數(shù)；
[0024]圖3是正弦型電磁帶隙帶阻濾波器經(jīng)窗函數(shù)加權調制的示意圖；
[0025]圖4是高斯窗函數(shù)加權調制后的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器的S參數(shù)仿真結果與實驗結果對比圖，左圖為S11參數(shù)，右圖為S21參數(shù)；
[0026]圖5是高斯窗函數(shù)調制前后的電磁帶隙帶阻濾波器S參數(shù)實驗結果的對比圖，左圖為S11參數(shù)，右圖為S21參數(shù)。
【具體實施方式】
[0027]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0028]實施例:
[0029]本實施例描述了一種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，濾波器包括上層的微帶線結構、中間層的介質基板以及下層的接地金屬面，上層微帶線結構附著在中間介質板上表面，接地金屬面附著在中間介質板下表面，上層的微帶線結構包括在兩端的輸入端口、輸出端口以及經(jīng)過加窗函數(shù)調制的周期性微帶線。所述周期性微帶線為經(jīng)過加窗函數(shù)調制的5個正弦型周期結構的微帶線單元。
[0030]本實施例中介質基板采用的介質基材為介電常數(shù)3.5,介質基板厚度1.5mm,微帶導體及周期性微帶線為厚度35 μ m的覆銅板，濾波器的中心頻率3.6GHz，周期單元數(shù)目為5，禁帶深度32dB。同樣適用于其他不同的介質基材參數(shù)，以及不同的中心頻率，周期單元數(shù)目和禁帶深度。輸入、輸出端口采用50歐姆匹配，每個微帶線單元平均特征阻抗也為50歐姆。
[0031]本實施例在所述上層微帶線結構中，通過高斯窗函數(shù)實現(xiàn)對每個微帶線單元的耦合系數(shù)的調制，使周期性微帶線中的每個微帶線單元的耦合系數(shù)均滿足加窗函數(shù)的分布。
[0032]圖1所示是微帶線單元的周期單元數(shù)目為5的正弦型電磁帶隙帶阻濾波器，通過微帶線的周期性變化實現(xiàn)電磁帶隙特性，器件的兩端通過50Ω匹配的微帶線延伸到端口。圖中端口 I為輸入端，端口 2為輸出端。每個周期單元的微帶線的平均特征阻抗為50 Ω，其中微帶線的最寬處Wmax為7.5mm,最窄處Wmin為1.2mm,每個單兀長度為25mm。
[0033]圖2是經(jīng)過仿真模擬和實驗測量得到的5單元正弦型電磁帶隙帶阻濾波器的S參數(shù)。從圖2中可以看出，禁帶附近的通帶的反射旁瓣較高，其中第一旁瓣約為-3dB，通帶波紋較大，約為_5dB。實驗測量結果與仿真模擬結果表現(xiàn)出良好的一致性。
[0034]圖3是正弦型電磁帶隙帶阻濾波器經(jīng)窗函數(shù)加權調制的示意圖，用窗函數(shù)進行加權之后的濾波器，相鄰周期的正弦單元最大線寬，不再相等，而是呈現(xiàn)出從中間向兩端逐漸減小的漸變規(guī)律。并且，對于不同的正弦單元，微帶線的線寬最大值越大，其最小值也越小，每個單元的微帶線平均特征阻抗仍然為50 Ω。
[0035]圖4是高斯窗函數(shù)加權調制后的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器的S參數(shù)仿真結果與實驗結果對比。通過對比可知，仿真模擬結果與實驗測量結果一致性良好，且從圖中可以看出，Sll反射旁瓣較低，S21通帶波紋較小。
[0036]圖5是高斯窗函數(shù)調制前后的電磁帶隙帶阻濾波器S參數(shù)實驗結果的對比圖。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過窗函數(shù)加權調制后的電磁帶隙帶阻濾波器，帶寬得到了展寬，禁帶深度略有增加，反射旁瓣和通帶波紋得到了明顯的抑制。加權調制后的濾波器的帶寬相比原來的正弦型電磁帶隙帶阻濾波器展寬了約37.7%，禁帶深度增加約ldB，第一反射旁瓣幅度由原來的_3dB下降到-23dB，禁帶低頻一側的通帶波紋有_2dB下降到約-0.2dB,禁帶高頻一側的通帶波紋，在6GHz以內(nèi)由-5dB下降到了約_2dB。
[0037]以上實施例的仿真結果與實驗結果均驗證了本發(fā)明的有效性。經(jīng)過窗函數(shù)加權調制后的帶阻濾波器帶寬得到了展寬，反射旁瓣和通帶波紋都得到了抑制，濾波器的性能得到了很大改善。以上實施例作為示例提供，對于采用相同的加窗技術實施的針對不同介質板基材參數(shù)以及中心頻率等設計指標實現(xiàn)的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，顯然應包含于本發(fā)明專利范圍之內(nèi)。
[0038]上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，其特征在于，濾波器包括上層的微帶線結構、中間層的介質基板以及下層的接地金屬面，上層微帶線結構附著在中間介質板上表面，接地金屬面附著在中間介質板下表面，上層的微帶線結構包括在兩端的輸入端口、輸出端口以及經(jīng)過加窗函數(shù)調制的周期性微帶線。
2.根據(jù)權利要求1所述的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，其特征在于，所述周期性微帶線為經(jīng)過加窗函數(shù)調制的η個正弦型周期結構的微帶線單元。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，其特征在于，輸入、輸出端口采用50歐姆匹配，每個微帶線單元平均特征阻抗也為50歐姆。
4.根據(jù)權利要求2所述的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，其特征在于，所述上層微帶線結構中，通過加窗函數(shù)實現(xiàn)對每個微帶線單元的耦合系數(shù)的調制，使周期性微帶線中的每個微帶線單元的耦合系數(shù)均滿足加窗函數(shù)的分布。
5.根據(jù)權利要求4所述的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，其特征在于，所述加窗函數(shù)對每個微帶線單元的調制為加權調制，所述加權調制包括高斯窗加權、海明窗加權、漢寧窗加權以及布萊克曼窗加權。
6.根據(jù)權利要求5所述的正弦加窗型電磁帶隙帶阻濾波器，其特征在于，實現(xiàn)加權調制后的各微帶線單元的耦合系數(shù)An為:
高斯窗加權:An=Rmaxexp (-2 (2χη)2).A ；
海明窗加權=An=Rmax (0.54+0.46cos (2 Jixn)).A ;
漢寧窗加權:An=Rmax (0.5 (1+cos (2 χη))).A ；
布萊克曼窗加權:An=Rma`x (0.42+0.5cos (2 π χη) +0.08cos (4 π xn)).A
其中: n為第η個周期單元；Χη為第η個周期單元中心對應的歸一化χ坐標值；Rmax為加權耦合倍數(shù)。
【文檔編號】H01P1/203GK103560309SQ201310478539
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】王兆宏, 李金逵, 韓超 申請人:西安交通大學蘇州研究院