一種銳截止Hilbert分形缺陷地結(jié)構(gòu)微帶低通濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及的是無線通信、雷達和遙感等技術(shù)的低通濾波器，特別是一種銳 截止Hilbert分形缺陷地結(jié)構(gòu)微帶低通濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信、雷達和遙感等技術(shù)的不斷發(fā)展，阻帶寬高性能的低通濾波器在無 線通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。
[0003] 傳統(tǒng)的階梯阻抗微帶低通濾波器的尺寸大，阻帶窄，不滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展的 需要。一些學(xué)者在低通濾波器的小型化、寬阻帶設(shè)計方面，做了大量研宄工作。文獻[1-2] 采用開路T型微帶結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)微帶濾波器中的階梯阻抗傳輸線得到基于開路T型結(jié)構(gòu)的 小型化超寬阻帶濾波器的方案，該方法設(shè)計的濾波器尺寸較大；文獻[3]通過把兩個發(fā)卡 型諧振器用等效于電感的細微帶線連接起來構(gòu)成二級低通濾波器，其阻帶性能明顯改善， 但濾波器結(jié)構(gòu)尺寸仍然較大。
[0004] 1987 年，Yablonovitch E 和 John S 分別獨立提出光子帶隙（Photonic Bandgap， PBG)晶體結(jié)構(gòu)。1999年，韓國學(xué)者Lim Jong-Sik、Park Jun-Seok等人提出一種與光子帶 隙晶體結(jié)構(gòu)（PBG)結(jié)構(gòu)具有相似帶隙和慢波特性的缺陷地（Defected Ground Structure， DGS)結(jié)構(gòu)。它是在微帶線的金屬接地面上，腐蝕出線寬形狀各異的非金屬單元，從而改變微 帶線的分布電感和電容，以改善濾波器的各類傳輸特性。
[0005] DGS單元具有良好的帶隙特性和慢波效應(yīng)，具有比較好的特征阻抗，可大大改善電 路的阻帶特性（比如抑制諧波、改善效率，提高Q值等）以及使傳輸線結(jié)構(gòu)更加緊湊。傳統(tǒng) 的DGS單元周期級聯(lián)構(gòu)成的低通濾波器阻帶較窄，不能抑制高次諧波，從而限制了 DGS在低 通濾波器中的應(yīng)用。文獻[4]采用啞鈴型和螺旋型缺陷接地結(jié)構(gòu)獲得了結(jié)構(gòu)緊湊的DGS準(zhǔn) 橢圓低通濾波器，其阻帶寬度達到通帶帶寬的5倍。文獻[5]半圓型階梯阻抗線是傳統(tǒng)高 低階躍阻抗的一種變形，通過改變其半圓半徑和狹縫寬度對濾波器進行優(yōu)化設(shè)計，可以獲 得良好的通帶和阻帶特性，但他們的設(shè)計方法較為復(fù)雜。
[0006] 早前對傳統(tǒng)的啞鈴型DGS單元進行HFSS仿真，傳統(tǒng)的啞鈴型DGS單元（圖2)等 效于并聯(lián)諧振電路的電容和電感。當(dāng)這個啞鈴的縫隙寬度確定后，等效電感由DGS的面積 確定。半圓諧振單元等效于串聯(lián)諧振電路的電容和電感，當(dāng)中間諧振單元的寬度確定后，等 效電容由半圓的面積決定。因此，DGS單元和半圓諧振單元能夠等效于集總參數(shù)LC T型濾 波器。圖4是DGS微帶低通濾波器結(jié)構(gòu)圖及等效圖。仿真結(jié)果如圖5所示。阻帶達到了 11. 6GHz，插入損耗和回波損耗比較大，沒有實現(xiàn)良好匹配。為了實際應(yīng)用，有必要進一步減 小其結(jié)構(gòu)尺寸，使低通濾波器過渡帶更加陡峭，阻帶帶寬更寬，通帶損耗更小。所以，如何 在射頻微帶線上，實現(xiàn)對低通濾波器高次諧波的有效控制，使過渡帶更加陡峭，而且尺寸進 一步減小是非常重要和迫切需要解決的問題。
[0007] 參考文獻
[0008] [1]朱軼智，張曉娟，方廣有.基于開路T型結(jié)構(gòu)的小型化超寬阻帶濾波器設(shè)計
[J]，電子與信息學(xué)報，32 (9)，2010 :2282-2286
[0009] [2]寧俊松，羅正祥，小型化超寬阻帶低通濾波器的設(shè)計[J]，電子科技大學(xué)學(xué)報， 39(2)，2010 :223-226
[0010] [3]楊茂輝，徐軍，趙青，彭林.一種新型小型化寬阻帶低通濾波器設(shè)計[J]，微 波學(xué)報，26(4)，2010:61-64
[0011] [4]楊瑾屏，吳文.新型DGS準(zhǔn)橢圓低通濾波器的研宄[J]，電子學(xué) 報，36(2)，2008:235-238
[0012] [5]魏峰，翟陽文，史小衛(wèi).一種新穎的缺陷地微帶線低通濾波器[J]，西安電子科 技大學(xué)學(xué)報，36 (4)，2009:645-648

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對低通濾波器現(xiàn)有實現(xiàn)技術(shù)中存在的不足，本實用新型提出了一種銳截止 Hilbert分形缺陷地結(jié)構(gòu)微帶低通濾波器，以解決現(xiàn)有的低通濾波器尺寸較大和阻帶較窄 等問題。
[0014] 本實用新型的目的在于利用Hilbert (希爾伯特）分形缺陷地單元（圖1)代替?zhèn)?統(tǒng)的啞鈴型缺陷地單元（圖3)的分形結(jié)構(gòu)低通濾波器，使通帶內(nèi)的損耗和阻帶寬度有著明 顯的改善，過渡帶非常陡峭，并且濾波器的尺寸也能夠減小。
[0015] 本實用新型是這樣實現(xiàn)的。它主要由介質(zhì)板、微帶金屬面、接地金屬面、輸入端口、 輸出端口組成。微帶金屬面包括傳統(tǒng)的微帶線和五個阻抗匹配部分，五個阻抗匹配部分從 輸入到輸出依次是梯形并聯(lián)節(jié)、啞鈴節(jié)、矩形節(jié)、啞鈴節(jié)、梯形并聯(lián)節(jié)；接地金屬面包括三個 二次分形的Hilbert (希爾伯特）分形缺陷地單元結(jié)構(gòu)；整體結(jié)構(gòu)從輸入到輸出，上下對稱， 左右對稱，緊密相連。微帶金屬面的微帶線和五個阻抗匹配部分為金屬箔，接地金屬面都為 金屬箔，在其上按三個希爾伯特分形單元用腐蝕液腐蝕露出介質(zhì)面。
[0016] 本實用新型引入Hilbert (希爾伯特）分形缺陷地單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啞鈴型缺陷地 單元。Hilbert分形DGS單元和矩形啞鈴型DGS單元不同。二次迭代Hilbert分形結(jié)構(gòu)單 元有著相對比較好的通帶性能和阻帶特性。它在較低的頻段內(nèi)有3個傳輸零點，在通帶內(nèi) 的插入損耗很小，通帶到阻帶很陡峭，它的尺寸比啞鈴型DGS單元的尺寸要小。因此它非常 適合于低通濾波器的設(shè)計
[0017] 本實用新型利用希爾伯特分形單元作微帶低通濾波器的分形缺陷地結(jié)構(gòu)，使濾波 器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，用帶阻濾波器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了傳統(tǒng)的低通濾波器，截止頻率較傳統(tǒng)的低通 濾波器更高，達到了 4. 5GHz，有效的抑制了高次諧波，矩形系數(shù)達到了 0. 9,實現(xiàn)了銳截止。
[0018] 表1是傳統(tǒng)濾波器與本實用新型微帶低通濾波器性能參數(shù)比較。
[0019] 表1微帶低通濾波器性能參數(shù)比較
[0020]


【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型微帶金屬面的結(jié)構(gòu)示意圖（圖2的仰視圖）。
[0022] 圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)的主視圖
[0023] 圖3是本實用新型接地金屬面的結(jié)構(gòu)示意圖（圖2的俯視圖）
[0024] 圖4是圖3接地金屬面上的三個Hilbert分形缺陷地結(jié)構(gòu)單元示意圖
[0025] 圖5是Hilbert分形原理圖
[0026] 圖6是傳統(tǒng)DGS微帶低通濾波器結(jié)構(gòu)圖
[0027] 圖7是傳統(tǒng)DGS微帶低通濾波器等效圖
[0028] 圖8是傳統(tǒng)DGS微帶低通濾波器HFSS仿真結(jié)果。
[0029] 圖9是本實用新型當(dāng)截止頻率4. 5GHz阻帶寬度5~15GHz矩形系數(shù)0. 90的實施 例的具體尺寸圖
[0030] 圖10是圖9所示實施例HFSS仿真結(jié)果
[0031] 其中1----接地金屬面，2----介質(zhì)板，3----微帶金屬面，4----微帶線，5----梯 形并聯(lián)節(jié)，6----啞鈴節(jié)，7----矩形節(jié)，8----啞鈴節(jié)，9----梯形并聯(lián)節(jié)，10----缺陷地單 元，11----缺陷地單元，12----缺陷地單元。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做一個詳細的說明。
[0033] 實施例
[0034]從圖中看出本實用新型主要由介質(zhì)板（2)、微帶金屬面（3)、接地金屬面（1)、輸入 端口、輸出端口組成。微帶金屬面（3)包括傳統(tǒng)的微帶線（4)和五個阻抗匹配部分，五個阻 抗匹配部分從輸入到輸出依次是梯形并聯(lián)節(jié)（5)、啞鈴節(jié)（6)、矩形節(jié)（7)、啞鈴節(jié)（8)、梯形 并聯(lián)節(jié)（9);接地金屬面（1)包括三個二次分形的Hilbert (希爾伯特）分形缺陷地單元結(jié) 構(gòu)（10)、（11)、（12);整體結(jié)構(gòu)從輸入到輸出，上下對稱，左右對稱，緊密相連。微帶金屬面 (3)的微帶線（4)和五個阻抗匹配部分為金屬箔，接地金屬面都為金屬箔，在其上按三個希 爾伯特分形單元用腐蝕液腐蝕露出介質(zhì)面。
[0035] 介質(zhì)板（2)的相對介電常數(shù)為e r = 2. 2,介質(zhì)層厚度為H = 0. 781mm。中間微帶 線寬為2. 4mm。
[0036] 當(dāng)截止頻率4. 5GHz阻帶寬度5~15GHz矩形系數(shù)0. 90的實施例的具體尺寸見圖 9,其中梯形并聯(lián)節(jié)（5) (9)的長度分別為7mm和5mm，寬度都是0.5mm。啞鈴節(jié)（6) (8)半徑 長度為2mm，連結(jié)狹縫的長度為0? 515mm，寬度為0? 3mm。矩形節(jié)（7)其長度為2. 3mm，寬度 為 1. 5mm〇
[0037] 分形缺陷地單元結(jié)構(gòu)（10)、（12)相同，分形次數(shù)為2階，長寬為4. 8x4. 8mm，其中線 寬t為0? 3mm，分形寬度a為0.6mm，中間開口寬度g為0.2mm。分形缺陷地單元結(jié)構(gòu)（11) 分形次數(shù)為2階，長寬為5. 5x5. 5mm，其中線寬t為0? 3mm，分形寬度a為0? 7mm，中間開口寬 度g為0. 2_。
[0038]圖9的仿真結(jié)果為圖10,從中可以看到，本實用新型低通濾波器的尺寸減小很多， 過渡帶很陡峭，通帶紋波為〇. 2dB，其通帶內(nèi)回波損耗較小，為-17dB，阻帶比較寬，延伸至 13. 5GHz，通帶內(nèi)的回波損耗和插入損耗都比較小。矩形系數(shù)用來描述過渡帶的陡峭程度， 矩形系數(shù)越接近于1，陡峭程度越明顯，與傳統(tǒng)的啞鈴型DGS相比，矩形系數(shù)有明顯的改善， 達到了 0. 9,實現(xiàn)了銳截止。設(shè)計的濾波器濾波器截止頻率、阻帶寬度、矩形系數(shù)參數(shù)比較如 表1。
【主權(quán)項】
1. 一種銳截止Hilbert分形缺陷地結(jié)構(gòu)微帶低通濾波器，它主要由介質(zhì)板、微帶金屬 面、接地金屬面、輸入端口、輸出端口組成，其特征在于微帶金屬面包括傳統(tǒng)的微帶線和五 個阻抗匹配部分，五個阻抗匹配部分從輸入到輸出依次是梯形并聯(lián)節(jié)、啞鈴節(jié)、矩形節(jié)、啞 鈴節(jié)、梯形并聯(lián)節(jié)；接地金屬面包括三個二次分形的Hilbert分形缺陷地單元結(jié)構(gòu)；整體結(jié) 構(gòu)從輸入到輸出，上下對稱，左右對稱，緊密相連；微帶金屬面的微帶線和五個阻抗匹配部 分為金屬箔，接地金屬面都為金屬箔，在其上按三個希爾伯特分形單元用腐蝕液腐蝕露出 介質(zhì)面。
【專利摘要】本實用新型公開了一種銳截止Hilbert分形缺陷地結(jié)構(gòu)微帶低通濾波器，它主要由介質(zhì)板、微帶金屬面、接地金屬面、輸入端口、輸出端口組成，在其微帶金屬面包括傳統(tǒng)的微帶線和從輸入到輸出依次排列的梯形并聯(lián)節(jié)、啞鈴節(jié)、矩形節(jié)、啞鈴節(jié)、梯形并聯(lián)節(jié)等五個阻抗匹配部分；接地金屬面包括三個二次分形的Hilbert分形缺陷地單元結(jié)構(gòu)；整體結(jié)構(gòu)上下對稱，左右對稱，緊密相連；仿真結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)微帶低通濾波器相比,本實用新型可以減小結(jié)構(gòu)尺寸和通帶內(nèi)的反射損耗,并聯(lián)枝節(jié)可有效抑制高次諧波分量，回波損耗和通帶內(nèi)的紋波比較小，過渡帶陡峭，結(jié)構(gòu)緊湊。具有成本低、尺寸小、易加工等優(yōu)點。
【IPC分類】H01P1/203
【公開號】CN204614908
【申請?zhí)枴緾N201520276088
【發(fā)明人】沈怡彥, 楊維明, 彭菊紅, 朱星宇, 趙楠博
【申請人】湖北大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月29日