一種劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種劈裂環(huán)微波帶通濾波器。包括介質(zhì)板(1)，介質(zhì)板(1)上設(shè)有金屬微帶(2)，金屬微帶(2)的兩側(cè)設(shè)有金屬地(3)；所述的金屬微帶(2)包括共面波導(dǎo)段(4)，共面波導(dǎo)段(4)經(jīng)過渡段(5)與人工表面等離激元段(6)連接；所述的人工表面等離激元段(6)上分布有劈裂環(huán)加載凹槽(7)。本發(fā)明具有避免電磁場強烈反射和抗電磁干擾能力強的特點。
【專利說明】
一種劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種通訊領(lǐng)域用的濾波器，特別是一種劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代，隨著信息的需求量成爆炸式的增長，移動通訊領(lǐng)域要求能制造 出集成度更高的微波器件，然而隨著高頻集成電路尺寸的不斷縮小，技術(shù)上出現(xiàn)了一系列 問題，例如當(dāng)微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的電磁干擾噪聲，RC延遲等達到極限導(dǎo) 致器件工作不穩(wěn)定，因此現(xiàn)有的微波器件已不能適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模微波集成電路的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器。本發(fā)明具有避免電 磁場強烈反射和抗電磁干擾能力強的特點。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，包括介質(zhì)板，介質(zhì)板上設(shè) 有金屬微帶，金屬微帶的兩側(cè)設(shè)有金屬地;所述的金屬微帶包括共面波導(dǎo)段，共面波導(dǎo)段經(jīng) 過渡段與人工表面等離激元段連接;所述的人工表面等離激元段上分布有劈裂環(huán)加載凹 槽。
[0005] 前述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器中，所述的劈裂環(huán)加載凹槽的槽口寬度wl的 取值為1 .〇~4.0mm，槽深Chi的取值為3~6mm，槽型周期p為3~8mm。
[0006] 前述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器中，所述的劈裂環(huán)加載凹槽的劈裂環(huán)大環(huán)內(nèi) 徑R1為1.0~2.0mm，劈裂環(huán)大環(huán)外徑R2為1.5~2.5mm;所述的劈裂環(huán)加載凹槽的劈裂環(huán)小 環(huán)內(nèi)徑R3為0.5~1.5mm，劈裂環(huán)小環(huán)外徑R4為0.8~2.0mm;所述的劈裂環(huán)加載凹槽的外緣 半徑R為2.0~3.0mm，劈裂環(huán)大環(huán)、小環(huán)的環(huán)寬w2為0.1~0.6mm。
[0007] 前述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器中，所述的劈裂環(huán)加載凹槽的大環(huán)和小環(huán)的 裂隙d3為0.1~0.5mm。
[0008] 前述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器中，處于過渡段位置的金屬地的邊緣為，滿 足Y = h+g+w*(exp(a*(X-Li)/L2)_l)/(expa-l)方程的曲線；其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值 為5~20;h為金屬微帶寬度，其取值為5~8mm; g為金屬微帶與金屬地間距，其取值為0.3~ 1mm，w為金屬地寬度，其取值為20~35mm，Li為共面波導(dǎo)段的長度，其取值為5~15mm，L2為過 渡段長度，取值為50~80mm。
[0009] 前述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器中，所述的過渡段上設(shè)有深度漸變的劈裂環(huán) 加載凹槽。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在共面波導(dǎo)段（以下用其長度符號U替代)和人工表面等 離激元段（以下用其長度符號L3替代）間設(shè)置過渡段（以下用其長度符號L 2替代），通過該結(jié) 構(gòu)，實現(xiàn)了電磁場在LjPL3中傳播的平穩(wěn)過渡，避免了電磁場由準TEM模式轉(zhuǎn)化為SSPPs模式 傳播時因模式和阻抗不匹配而出現(xiàn)的強烈的微波電場反射；
【申請人】經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 處于L2位置的金屬地的邊緣滿足Y = h+g+w*(exp(a*(X-Li)/L2)_l)/(expa-l)方程，其中曲 線形狀系數(shù)a為5~20、金屬微帶寬度h為5~8mm、金屬微帶與金屬地間距g為0.3~1mm、金屬 地寬度w為20~35mm、共面波導(dǎo)段長度為Li為5~15mm，過渡段長度L2為50~80mm時，電磁場 傳播的過渡最平穩(wěn)。不僅如此，本發(fā)明在L 2上還設(shè)有深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽;通過該結(jié) 構(gòu)，可進一步實現(xiàn)準TEM模式向SSPPs模式的過渡，減少微波電場反射。本發(fā)明通過在L 3上設(shè) 置一系列的劈裂環(huán)加載凹槽;通過該結(jié)構(gòu)，使得電磁波在傳輸時被束縛在劈裂環(huán)加載凹槽 周圍，從而大大降低了多條傳輸線傳輸時因間距太小而出現(xiàn)的電磁干擾，使得抗電磁干擾 能力大大增強，同時也增強了高密度微波集成電路工作時的穩(wěn)定性，不僅如此，因抗電磁干 擾能力大大增強，本發(fā)明還能減小微波集成電路的金屬微帶間的間距以實現(xiàn)高的集成度和 器件的小型化，因而能更好地適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模微波集成電路的發(fā)展。本發(fā)明還能通過調(diào)節(jié) 劈裂環(huán)加載凹槽的幾何尺寸來調(diào)控微波傳輸線的截止頻率和電磁場分布，同時調(diào)整電磁波 的束縛效果，
【申請人】在進行大量試驗后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)wl在1.0~4. Ommmm間，Chi在3~6mm間，p在3 ~8mm間，R1、R2分別在 1 · 0~2 · Omm、1 · 5~2 · 5mm間，R3、R4分別在0 · 5~1 · 5mm、0 · 8~2 · Omm 間，R在2.0~3. Omm間，w2在0.1~0.6mm間和d3為0.1~0.5謹時，劈裂環(huán)加載凹槽對電磁場 具有很好的束縛效果。
[0011]為了更好地證明本發(fā)明的有益效果，申請進行了如下實驗：
【申請人】設(shè)計一個劈裂 環(huán)加載的微波帶通濾波器樣品，樣品的參數(shù)如表1。
[0012]表1微波濾波器樣品各部分參數(shù)(單位:mm)
[0013]
[0015] 該樣品的介質(zhì)板采用介電常數(shù)為2.65的基片，對該樣品的濾波特性曲線經(jīng)時域有 限差分計算如圖3所示，圖3中S11為濾波器反射系數(shù)，S21為濾波器傳輸系數(shù)，該樣品為帶通 濾波，其_3dB通帶為2.1692GHz到6.8938GHz，樣品在整個通帶內(nèi)紋波抖動優(yōu)于1. ldB，通帶 內(nèi)反射小于_11.8dB。
[0016] 為了說明本發(fā)明中過渡段的有益效果，
【申請人】設(shè)計了兩個對比濾波器:一個是含 過渡段LMSL2上未設(shè)有深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽的濾波器，其介質(zhì)板的介電常數(shù)同為 2.65,其他結(jié)構(gòu)參數(shù)同表1;對其濾波特性曲線經(jīng)時域有限差分計算如圖4所示。由圖4得知， 該濾波器通帶內(nèi)高頻段反射系數(shù)超過-10dB，由此可知，深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽具有良 好地模式和阻抗匹配效果，使濾波器的反射特性得到有效改善。
[0017] 另一個是完全不含過渡段。的濾波器，其介質(zhì)板的介電常數(shù)同為2.65,其他結(jié)構(gòu) 參數(shù)同表1，對該濾波器的反射特性曲線經(jīng)時域有限差分計算，計算結(jié)果如圖5所示。由圖5 得知，該樣品基本沒有濾波效果，絕大部分頻段的反射系數(shù)都大大超過-10dB。
[0018] 綜上，由圖3、圖4和圖5的對比可知，設(shè)置深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽的過渡段能 使該樣品的反射特性得到極大地改善。
[0019] 圖6為樣品在4GHz頻段工作時，劈裂環(huán)加載凹槽周圍的電場分布圖，由圖6可見，其 電場主要束縛于劈裂環(huán)加載凹槽周圍，擴散較小。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是圖1的A處的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是樣品的S參數(shù)曲線圖。
[0023] 圖4是采用過渡段但過渡段未設(shè)置深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽的濾波器的S參數(shù) 曲線圖；
[0024] 圖5是不采用過渡段的濾波器的S參數(shù)曲線圖；
[0025]圖6是濾波器樣品在4GHz頻段工作時，劈裂環(huán)加載凹槽法線方向電場分布圖。
[0026]附圖中的標記為：1-介質(zhì)板，2-金屬微帶，3-金屬地，4-共面波導(dǎo)段，5-過渡段，ΘΑ工表面等離激元段， 7-劈裂環(huán)加載凹槽。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依 據(jù)。
[0028]實施例。一種劈裂環(huán)微波帶通濾波器，構(gòu)成如圖1和2所示，包括介質(zhì)板1，介質(zhì)板1 上設(shè)有金屬微帶2,金屬微帶2的兩側(cè)設(shè)有金屬地3;所述的金屬微帶2包括共面波導(dǎo)段4,共 面波導(dǎo)段4經(jīng)過渡段5與人工表面等離激元段6連接;所述的人工表面等離激元段6上分布有 劈裂環(huán)加載凹槽7。
[0029]前述的劈裂環(huán)加載凹槽7的槽口寬度wl的取值為1.0~4.0mm，槽深Chi的取值為3 ~6mm，槽型周期p為3~8mm。
[0030] 前述的劈裂環(huán)加載凹槽7的劈裂環(huán)大環(huán)內(nèi)徑R1為1.0~2.0mm，劈裂環(huán)大環(huán)外徑R2 為1.5~2.5mm;所述的劈裂環(huán)加載凹槽7的劈裂環(huán)小環(huán)內(nèi)徑R3為0.5~1.5mm，劈裂環(huán)小環(huán)外 徑R4為0.8~2.;所述的劈裂環(huán)加載凹槽2的外緣半徑R為2.0~3.0_，劈裂環(huán)大環(huán)、小環(huán) 的環(huán)寬w2為0.1~0.6mm。
[0031] 前述的劈裂環(huán)加載凹槽7的大環(huán)和小環(huán)的裂隙d3為0.1~0.5mm。
[0032] 處于過渡段5位置的金屬地3的邊緣為，滿足Yzh+g+wMexpUMX-LO/UO-l)/ (expa-1)方程的曲線;其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值為5~20; h為金屬微帶寬度，其取值為 5~8mm; g為金屬微帶2與金屬地3間距，其取值為0.3~1mm，w為金屬地寬度，其取值為20~ 35mm，Li為共面波導(dǎo)段的長度，其取值為5~15mm，L2為過渡段長度，取值為50~80mm。
[0033]前述的過渡段5上設(shè)有深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽7。
[0034]本發(fā)明的工作原理:準TEM模式的電磁場由左邊的共面波導(dǎo)段4傳輸?shù)竭^渡段5,在 過渡段5中逐漸漸變?yōu)镾SPPs模式的電磁場，且在過渡段5中準TEM模式和SSPPs模式的電磁 場共存，當(dāng)電磁場到達人工表面等離激元段6時，完全轉(zhuǎn)化為SSPPs模式的電磁場，并在L 3進 行傳輸，傳輸后SSPPs模式電磁場又經(jīng)過右邊的過渡段轉(zhuǎn)化為準TEM模式的電磁場由右邊的 共面波導(dǎo)段輸出。當(dāng)電磁場在共面波導(dǎo)段4傳播，該段內(nèi)電磁場的模式為準TEM模式，該模式 電磁場被束縛在共面波導(dǎo)段4與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)；在過渡段5傳播時，該段內(nèi)準TEM模 式與SSPPs模式共存，其中準TEM模式電磁場被束縛在過渡段5與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)， SSPPs模式電磁場被束縛在劈裂環(huán)加載凹槽周圍；在L3進行傳播時，該段內(nèi)為SSPPs模式，該 模式電磁場被束縛在劈裂環(huán)加載凹槽周圍。
【主權(quán)項】
1. 一種劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，其特征在于:包括介質(zhì)板(I)，介質(zhì)板（I)上設(shè)有 金屬微帶（2)，金屬微帶（2)的兩側(cè)設(shè)有金屬地（3);所述的金屬微帶（2)包括共面波導(dǎo)段 (4) ，共面波導(dǎo)段(4)經(jīng)過渡段(5)與人工表面等離激元段(6)連接;所述的人工表面等離激 元段(6)上分布有劈裂環(huán)加載凹槽(7)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，其特征在于:所述的劈裂環(huán)加 載凹槽(7)的槽口寬度wl的取值為1.0~4. Omm，槽深Chl的取值為3~6mm，槽型周期p為3~ 8mm 〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，其特征在于:所述的劈裂 環(huán)加載凹槽(7)的劈裂環(huán)大環(huán)內(nèi)徑Rl為1.0~2.0mm，劈裂環(huán)大環(huán)外徑R2為1.5~2.5mm;所述 的劈裂環(huán)加載凹槽（7)的劈裂環(huán)小環(huán)內(nèi)徑R3為0.5~I. 5mm，劈裂環(huán)小環(huán)外徑R4為0.8~ 2.Omm;所述的劈裂環(huán)加載凹槽(2)的外緣半徑R為2.0~3.0mm，劈裂環(huán)大環(huán)、小環(huán)的環(huán)寬w2 為0·1~0·6mm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，其特征在于:所述的劈裂環(huán)加 載凹槽(7)的大環(huán)和小環(huán)的裂隙d3為0.1~0.5mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，其特征在于:處于過渡段 (5) 位置的金屬地(3)的邊緣為，滿足Y = h+g+w*(exp(a*(X-Li)/L2)_l)/(expa-l)方程的曲 線;其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值為5~20; h為金屬微帶寬度，其取值為5~8mm; g為金屬微 帶⑵與金屬地(3)間距，其取值為0.3~lmm，w為金屬地寬度，其取值為20~35臟山為共面 波導(dǎo)段的長度，其取值為5~15mm，L 2為過渡段長度，取值為50~80mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的劈裂環(huán)加載的微波帶通濾波器，其特征在于:所述的過渡 段(5)上設(shè)有深度漸變的劈裂環(huán)加載凹槽(7)。
【文檔編號】H01P1/203GK105896006SQ201610331583
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】胡明哲, 曾志偉, 紀登輝, 尹躍
【申請人】六盤水師范學(xué)院