基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于WLAN通信頻段的窄帶帶通濾波器，涉及多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)?；パa(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)的物理尺寸很小，基于同心圓之間的邊緣電容效應(yīng)發(fā)生諧振，其尺寸和工作頻率波長相比很小，因此有利于器件的小型化；同時(shí)由于互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)具有良好的品質(zhì)因數(shù)，在諧振特性中下降沿和上升沿陡峭，濾波效果較好。本濾波器包括：介質(zhì)基本；上表面金屬層由4段微帶線構(gòu)成和一小段間隙；在下表面金屬上刻蝕出了一大一下兩個(gè)多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過良好的設(shè)計(jì)可以達(dá)到在WLAN頻段良好的濾波效果，且具有且具有簡單緊湊、體積較小、易于集成，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波【技術(shù)領(lǐng)域】工作于WLAN通信頻段的窄帶帶通濾波器，特別涉及到多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]微波濾波器作為微波無源器件的一種，在射頻通信系統(tǒng)中占據(jù)十分關(guān)鍵的地位。微波濾波器是在通帶頻率內(nèi)能使得信號(hào)傳輸且在阻帶頻率內(nèi)使得信號(hào)衰減，用來控制微波射頻系統(tǒng)中的頻率響應(yīng)的一種器件。微波濾波器在雷達(dá)、無線電通信、微波測量等系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，因此其性能的好壞直接關(guān)系著整個(gè)微波系統(tǒng)的性能。
[0003]在平面電路中，常用的是微帶線濾波器，它尺寸小，利用光刻技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，體積小，重量輕，易于其他有源電路元件兼容，另外通過使用不同的襯底材料可以使用在不同的頻率范圍?；パa(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)的物理尺寸很小，基于同心圓之間的邊緣電容效應(yīng)發(fā)生諧振，其尺寸和工作頻率波長相比很小，因此可以應(yīng)用在小型化方面；同時(shí)由于互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)具有良好的品質(zhì)因數(shù)，諧振特性中下降沿和上升沿陡峭，這些優(yōu)點(diǎn)也使得其在濾波器的帶外抑制和高頻率選擇性方面有廣泛的應(yīng)用。因此基于互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)的濾波器得到廣泛的應(yīng)用。
[0004]開口環(huán)結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)同心環(huán)構(gòu)成，在兩個(gè)方環(huán)的對(duì)稱位置環(huán)開了兩個(gè)縫隙，開環(huán)諧振器在受到微波磁場的作用時(shí)會(huì)感應(yīng)出環(huán)電流。這好比一個(gè)磁矩，加強(qiáng)或者抵抗原磁場，因此在諧振頻率處會(huì)出現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率和吸收峰。而互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)是開口環(huán)結(jié)構(gòu)的對(duì)偶形態(tài)，也具有準(zhǔn)靜態(tài)諧振特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于WLAN通信頻段的多重互補(bǔ)開口環(huán)窄帶濾波器，該濾波器實(shí)現(xiàn)的濾波范圍是2.3GHz到2.4GHz，頻段內(nèi)插入損耗小于3dB，回波損耗接近15dB。在阻帶小于2GHz的頻段插入損耗大于30dB，下降較快，在另一側(cè)大于2.5GHz時(shí)有IOdB的衰減量?？梢詽M足微波器件的設(shè)計(jì)要求，可廣泛的應(yīng)用于微波通信系統(tǒng)中。
[0006]實(shí)現(xiàn)本專利的技術(shù)解決方案是:
[0007]本實(shí)用新型的帶通濾波器主要采用多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，使用該結(jié)構(gòu)可以得到良好的通帶效應(yīng)，首先通過理論計(jì)算獲得器件大致參數(shù)，之后進(jìn)行仿真優(yōu)化，最終得到實(shí)測的結(jié)果。
[0008]其結(jié)構(gòu)為:本專利的帶通濾波器，主要由介質(zhì)基板；在介質(zhì)基片的下表面完全覆蓋下表面金屬層，并在該金屬層上刻蝕出兩個(gè)不同尺寸和位置的互補(bǔ)開口環(huán)形狀；在介質(zhì)基片的上表面上鍍有兩段導(dǎo)帶微帶線，這兩段導(dǎo)帶線寬度不一，且中間有一隙縫。
[0009]單個(gè)的互補(bǔ)開口環(huán)可以等效成一個(gè)LC震蕩回路，由于互補(bǔ)開口環(huán)的電尺寸影響很少，可以用集總元件來進(jìn)行等效，基板上表面的導(dǎo)帶線和互補(bǔ)開口環(huán)之間的電場耦合可等效為電容C，微帶線的等效電感是L，因此這樣就形成了一系列的LC電路，只要設(shè)定適當(dāng)?shù)拇笮≈稻涂梢缘玫较鄳?yīng)的諧振特性。重要的是以上的等效電路的電容電感值都可以通過改變開口環(huán)結(jié)構(gòu)的尺寸和上表面那2段導(dǎo)帶線的尺寸和縫隙來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0010]在整個(gè)設(shè)計(jì)中介質(zhì)基板的選取也會(huì)對(duì)整個(gè)濾波器產(chǎn)生重要的影響，介質(zhì)基板材料選取首先要能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，使得具有較好的低通特性。并要求基板具有良好的機(jī)械強(qiáng)度以可以加強(qiáng)器件的強(qiáng)度，還必須考慮到成本問題，最好使用較低價(jià)格的基板，這樣可以廣泛的應(yīng)用。
[0011]本實(shí)用新型基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的主要優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、在低頻段的帶外抑制效果極強(qiáng)，可較大程度的濾除低頻信號(hào)干擾；
[0013]2、采用的是微帶線結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、易于集成的特點(diǎn)；
[0014]3、材料成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本專利基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的上視圖；
[0016]圖2為本專利基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的下視圖；
[0017]圖3為本專利低通濾波器的仿真與實(shí)測結(jié)果圖。
[0018]以上圖片中含有:
[0019]Ia:微帶線I ;lb微帶線2 ；lc微帶線3 ；2:微帶線4 ；3:微帶線間隙；4:下表面金屬層；5a:小多重互補(bǔ)開口環(huán)；5b:大多重互補(bǔ)開口環(huán)；6:介質(zhì)基板。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本專利實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0021]具體實(shí)施:
[0022]本專利所設(shè)計(jì)的濾波器，中心頻率為2.35GHz，工作帶寬為IOOMHz ;回波損耗大于15dB，插入損耗小于1.5dB。帶外抑制在2350±300MHz要大于18dB。
[0023]本專利結(jié)構(gòu)選用的介質(zhì)基板是FR4材料，該材料厚度為1.5mm，介電常數(shù)為4.4。
[0024]FR4基板的上表面金屬層，其由la、2、lb、lc四段微帶線組成和3—小段空隙所組成。在FR4基板6的上表面上鍍上了微帶線，如圖1所示，尺寸單位都是毫米(mm)。其中微帶線Ia其寬度為3.121皿1，長度為2.876mm。和微帶線Ia相連的是微帶線2，其寬度為3.387皿1，長度為6.225皿1。和微帶線2相連的是微帶線lb，其寬度為3.121mm，長度為
2.876mm。微帶線Ic的寬度為3.121mm,長度為5.675mm。在微帶線Ib和Ic之間有一小段空隙，空隙寬度為0.347mm。由以上元素構(gòu)成了上表面導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)。
[0025]在FR4基板的下表面金屬層4上刻有兩個(gè)多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)5a、5b，這兩個(gè)開口環(huán)都為4層方形開口環(huán)。在FR4基本的下表面全部鍍上了一層金屬層4，在該金屬層上刻蝕出一大一小兩個(gè)多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)。其中其中小多重互補(bǔ)開口環(huán)5a的最外層邊長為
5.235皿1，每個(gè)環(huán)的環(huán)寬度為0.121皿1，每個(gè)環(huán)之間的間距為0.1239mm?？偣矠樗膫€(gè)具有環(huán)的開口寬度為0.151mm的正方形。
[0026]其中大多重互補(bǔ)開口環(huán)5b的最外層邊長為6.028mm,每個(gè)環(huán)的環(huán)寬度為0.098mm,每個(gè)環(huán)之間的間距為0.097皿1?？偣矠樗膫€(gè)具有環(huán)的開口寬度為0.151mm的正方形。[0027]將本專利制作成實(shí)物以后，通過Agilent矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試其S參數(shù)，經(jīng)過校準(zhǔn)和多次測量以后測得S21和Sll如圖3所示。
[0028]圖3是進(jìn)過實(shí)測結(jié)果圖和相應(yīng)的仿真結(jié)果圖，由該圖表示本帶通濾波器可以工作在WLAN移動(dòng)通信頻段2.3GHz到2.4GHz。頻段內(nèi)插入損耗小于3dB，回波損耗接近15dB。在阻帶小于2GHz的頻段插入損耗大于30dB，下降較快，在阻帶大于2.7GHz的插入為10dB，滿足了設(shè)計(jì)要求，具有使用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器，其特征在于，包括:介質(zhì)基板(6);上表面金屬層，其由4段微帶線(la、2、lb、lc)和一小段空隙(3)組成；以及下表面金屬層，在下表面金屬層(4)上刻蝕了兩個(gè)多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)(5a、5b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器，其特征在于，上表面金屬層由兩部分導(dǎo)帶線構(gòu)成，其中具有一小段空隙(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重互補(bǔ)開口環(huán)的窄帶帶通濾波器，其特征在于，在下表面金屬層(4)上刻蝕的兩個(gè)多重互補(bǔ)開口環(huán)結(jié)構(gòu)(5a、5b)為4層正方形開口環(huán)。
【文檔編號(hào)】H01P1/203GK203607518SQ201320541688
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】肖丙剛, 孫潤亮, 葉鵬, 謝治毅 申請人:中國計(jì)量學(xué)院