本發(fā)明屬于微波濾波器領域，具體提供一種基于新型缺陷微帶結(jié)構(gòu)的高選擇性的超寬帶帶通濾波器，以實現(xiàn)寬帶濾波功能。

技術背景

超寬帶(uwb)技術以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗小、安全性高、不易產(chǎn)生干擾、數(shù)據(jù)傳輸速率高等特點成為了目前無線通信領域的一個研究熱點。自從2002年2月美國聯(lián)邦通信委員會(federalcommunicationscommission—fcc)發(fā)布了關于超寬帶技術的“firstreportandorder”，允許超寬帶技術商業(yè)應用，開放了3.1ghz至10.6ghz頻段免費給民用系統(tǒng)，超寬帶技術、特別是超寬帶無線通信開始受到廣泛的關注，超寬帶無線通信系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展。濾波器在超寬帶無線通信系統(tǒng)中起著選擇有用信號、抑制干擾信號的重要作用，是超寬帶無線通信系統(tǒng)中必不可少的重要元件；其工作性能好壞直接影響到超寬帶無線通信系統(tǒng)的整體性能。

在現(xiàn)有的報道文獻中，實現(xiàn)超寬帶帶通濾波器主要有以下在幾種方式實現(xiàn)。第一種：研究者m.mirzaee基于交指耦合線和信號干擾的技術實現(xiàn)了超寬帶濾波功能，參見文獻《m.mirzaeeandb.s.virdee,“uwbbandpassfilterwithnotch-bandbasedontransversalsignal-interactionconcepts,”electronicsletters,2013,49(6):399-401》。第二種：各種過渡結(jié)構(gòu)也經(jīng)常用來實現(xiàn)超寬帶濾波器；如a.n.ghazali基于微帶到共面波導(co-planarwaveguide,cpw)過渡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一個相對帶寬達116％的超寬帶帶通濾波器，參見文獻《a.n.ghazali,m.sazid,ands.pal,“aminiaturizedmicrostrip-to-cpwtransitionbaseduwb-bpfwithsharproll-offandminimuminsertionloss,”microw.opttechnollett.,vol.58,no.2,pp.289–293,feb.2016》，研究者l.t.beng利用微帶到共面帶狀線(coplanarstripline，cps)過渡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的超寬帶帶通效應實現(xiàn)了一個超寬帶帶通濾波器，參見文獻《l.t.beng,z.lei,g.ying,“widebandmicrostrip-to-cpstranstionwithgoodout-of-bandperformanceforuwbapplication”.microwaveandopticaltechnologyletters,2011,53(4):836-838》。第三種：基于缺陷微帶結(jié)構(gòu)實現(xiàn)超寬帶濾波器，研究者s.fallahzadeh提出了一種缺陷微帶結(jié)構(gòu)，并通過級聯(lián)的方式實現(xiàn)了一個超寬帶帶通濾波器，參見文獻《s.fallahzadehandm.tayarani,“anewmicrostripuwbbandpassfilterusingdefectedmicrostripstructures”。journalofelectromagneticwavesandapplications,2010,24(7)：893–902.》。

上述幾種方法中，第一種方法實現(xiàn)的濾波器帶寬為119％，但是其尺寸達到了0.72×1.11(λg×λg，λg是在頻率6.85ghz處的導波波長)；第二種方法實現(xiàn)的濾波器同樣面臨著尺寸大和選擇性差的缺點，同時由于其是過渡結(jié)構(gòu)，帶內(nèi)插損也較大；第三種基于缺陷微帶結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器的帶寬為110％，但是由于其是由三個缺陷微帶結(jié)構(gòu)簡單級聯(lián)構(gòu)成，尺寸較大，并且該濾波器在低頻段沒有零點，因此帶外選擇性也較差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有超寬帶濾波器尺寸大、選擇性差、內(nèi)插損耗大的缺陷，提供一種基于新型缺陷微帶結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器；該超寬帶濾波器基于改進的新型缺陷微帶結(jié)構(gòu)諧振器構(gòu)成，具備很寬的工作帶寬、極低的插損、較好的回波損耗及很好的選擇性等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種基于新型缺陷微帶結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器，包括t型缺陷微帶結(jié)構(gòu)、互補開口環(huán)結(jié)構(gòu)、“山”字型諧振器及缺陷微帶諧振器，其特征在于，所述超寬帶濾波器沿垂直方向中心軸呈軸對稱，所述t型缺陷微帶結(jié)構(gòu)設置于濾波器輸入端和輸出端的微帶層、位于所述缺陷微帶諧振器左右兩側(cè)，所述互補開口環(huán)結(jié)構(gòu)設置于濾波器輸入端和輸出端的接地層、同樣位于所述缺陷微帶諧振器左右兩側(cè)；所述“山”字型諧振器設置于所述缺陷微帶諧振器上下兩側(cè)、通過平行耦合方式引入；所述缺陷微帶諧振器由兩個開口槽缺陷結(jié)構(gòu)和一個交指耦合線構(gòu)成，所述兩個開口槽缺陷結(jié)構(gòu)對稱設置于交指耦合線上下兩側(cè)。

從工作原理上講，本發(fā)明超寬帶濾波器中，所述“山”字型諧振器能夠拓展上阻帶頻率，所述互補開口環(huán)結(jié)構(gòu)能夠改善濾波器高頻特性；所述缺陷微帶諧振器(dmsr)由三條支路構(gòu)成，如圖1、圖2所示，支路一(path1)和支路三(path3)為加載短路微帶枝節(jié)(即開口槽缺陷結(jié)構(gòu)加載有接地孔)，支路二(path2)為交指耦合線(等效為微帶線)，該缺陷微帶諧振器的諧振特性可以由其等效傳輸線模型的abcd矩陣求得；path1、path2和path3的abcd矩陣如下所示：

其中，z1和z3分別表示path1和短路枝節(jié)的特征阻抗，z2為path2的特征阻抗；y1和y2分別表示path1和path2的特征導納，由abcd矩陣和y參數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)換可以得到其y矩陣中的y21和y11，如下所示：

再由y參數(shù)矩陣到s矩陣的轉(zhuǎn)變可以得到缺陷微帶諧振器結(jié)構(gòu)的s21，如下所示：

其中，y0表示50歐姆微帶線的特征導納。缺陷微帶諧振器產(chǎn)生零點時有s21＝0，即：

由上式得到當缺陷微帶諧振器產(chǎn)生傳輸零點時：θ0＝0,θ1＝π；

如附圖3所示，本發(fā)明缺陷微帶諧振器帶內(nèi)有三個極點，同時在0ghz，2f0(f0是通帶中心頻率)會產(chǎn)生兩個零點；顯然，該缺陷微帶結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)一個帶通特性的超寬帶響應，能夠用于設計超寬帶帶通濾波器。

綜上，本發(fā)明提供基于新型缺陷微帶結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器，其優(yōu)點在于：

1、具有很寬的工作帶寬：3db帶寬達到了123％(2.3-11.5ghz)；

2、具有極低的插損：插入損耗優(yōu)于0.4db；

3、具有較好的回波損耗：回波損耗優(yōu)于14db；

4、具有很好的選擇性：選擇性因子(3db帶寬比上30db帶寬)達到0.91。

5、實現(xiàn)在印刷電路板上，加工方便，結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例缺陷微帶諧振器等效圖。

圖2是本發(fā)明實施例缺陷微帶諧振器的等效傳輸線模型。

圖3是本發(fā)明實施例缺陷微帶諧振器的s參數(shù)仿真圖。

圖4是本發(fā)明實施例濾波器的參數(shù)圖。

圖5是本發(fā)明實施例濾波器仿真和測試s參數(shù)曲線。

圖6是本發(fā)明實施例濾波器加工圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

本實施例中提供一種基于新型缺陷微帶結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，其加工實物如圖6所示；該濾波器實現(xiàn)在rt/duroid5880的介質(zhì)基片上，該基片相對介電常數(shù)為2.2，損耗角正切為0.0009，厚度為0.787mm。本實施例中，對于t型缺陷微帶結(jié)構(gòu)，在濾波器的輸入、輸出端口的微帶層中開缺陷槽實現(xiàn)；對于互補開口環(huán)結(jié)構(gòu)，在濾波器的輸入、輸出端口背面接地層開槽型的缺陷地結(jié)構(gòu)實現(xiàn)；對于“山”型諧振器采用缺陷微帶諧振器的兩側(cè)引入的微帶線實現(xiàn)；對于缺陷微帶諧振器，在微帶線上開設兩個開口槽缺陷結(jié)構(gòu)，同時，開口槽缺陷結(jié)構(gòu)中間開矩形槽，用以設置交指耦合線，最終實現(xiàn)缺陷微帶諧振器。

采用電磁仿真軟件ansofthfss進行仿真優(yōu)化后，獲得了最佳的參數(shù)尺寸，如圖4所示，具體如下所示：w0＝2.4mm,l0＝4mm,l1＝3.64mm,l2＝1mm,lt＝3.65mm,wt0＝0.3mm,wt1＝0.2mm,dt0＝0.2mm,wd0＝1.3mm,wd1＝0.2mm,wd2＝0.33mm,wd3＝0.9mm,wd4＝0.1mm,ld0＝6.32mm,ls0＝5.76mm,ls1＝1.86mm,ls2＝2.32mm,ws＝0.14mm,s2＝0.1mm,dc0＝0.26mm,dc1＝0.4mm,dc2＝0.21mm,wc＝0.18mm,lc＝0.8mm,s0＝0.1mm,s1＝0.25mm,wp0＝0.1mm,wp1＝0.1mm,g＝0.1mm,lp＝7.7mm.

對上述超寬帶濾波器進行測試，如圖5所示，測試結(jié)果顯示：超寬帶內(nèi)回波損耗優(yōu)于-14db，插入損耗均優(yōu)于0.4db，選擇性因子(3db帶寬比上30db帶寬)達到0.91，相對帶寬為133％。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。