一種具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器。包括介質(zhì)板(1)，介質(zhì)板(1)的一個(gè)表面上設(shè)有金屬微帶(2)，另一個(gè)表面上設(shè)有金屬地(3)；所述的金屬微帶(2)包括微帶波導(dǎo)段(4)，微帶波導(dǎo)段(4)經(jīng)過(guò)渡段(5)與人工表面等離激元段(6)連接；所述的微帶波導(dǎo)段(4)連接有階躍阻抗加載諧振單元(8)；所述的人工表面等離激元段(6)上分布有V型槽(7)。本發(fā)明具有低傳輸損耗、避免電磁場(chǎng)強(qiáng)烈反射和抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器
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，特別是一種具有階躍阻抗單元的人工等離 激元型微波帶通濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著信息的需求量成爆炸式的增長(zhǎng)，移動(dòng)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(wèn)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(dá)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，提供一種具有階躍型諧振單元加載的具有階躍阻抗單元的人 工等離激元型微波帶通濾波器。本發(fā)明具有低傳輸損耗、避免電磁場(chǎng)強(qiáng)烈反射和抗電磁干 擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器， 包括介質(zhì)板，介質(zhì)板的一個(gè)表面上設(shè)有金屬微帶，另一個(gè)表面上設(shè)有金屬地;所述的金屬微 帶包括微帶波導(dǎo)段，微帶波導(dǎo)段經(jīng)過(guò)渡段與人工表面等離激元段連接;所述的微帶波導(dǎo)段 連接有階躍阻抗加載諧振單元;所述的人工表面等離激元段上分布有V型槽。
[0005] 前述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器中，所述的V型槽的 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。
[0006] 前述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器中，金屬地邊緣為， 滿足X2/ (U+L2+L3/2) 2+Y2/ (h+g+2w_a)2 = 1橢圓方程的曲線;其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值 為15~35 ;h為金屬微帶寬度，其取值為8~15mm; g為金屬微帶與金屬地間距，其取值為0.3 ~1mm，w為留白寬度，其取值為10~25mm，Li為微帶波導(dǎo)段的長(zhǎng)度，其取值為2~10mm，L2為過(guò) 渡段長(zhǎng)度，20~40mm，L 3為人工表面等離激元段的長(zhǎng)度，其取值為90~110mm。
[0007] 前述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器中，所述的階躍阻抗 加載諧振單元的第一段LR1的長(zhǎng)度為8~15mm，寬度為1~3mm，第二段LR2的長(zhǎng)度為8~12mm， 寬度為5~10mm。
[0008] 前述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器中，所述的過(guò)渡段上 設(shè)有深度漸變的V型槽。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在微帶波導(dǎo)段（以下用其長(zhǎng)度符號(hào)U替代)上設(shè)置階躍阻 抗加載諧振單元;通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠有效調(diào)節(jié)濾波器的阻帶范圍和帶外特性。由于電磁場(chǎng)在 L!中為準(zhǔn)TEM模式傳播，在人工表面等離激元段（以下用其長(zhǎng)度符號(hào)L3替代）中為SSPPs模式 傳播，如直接將LjPL 3連接，會(huì)因電磁場(chǎng)模式和阻抗不匹配出現(xiàn)強(qiáng)烈的微波電場(chǎng)反射;本發(fā) 明在LjPL3間設(shè)置過(guò)渡段（以下用其長(zhǎng)度符號(hào)L 2替代），且在1^背面設(shè)置金屬地，金屬地邊緣 為滿足滬/0^+1^+1^/2)2+￥ 2/(1^+2?-&)2=1橢圓方程的曲線，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電磁場(chǎng) 在U和L3中傳播的平穩(wěn)過(guò)渡，充分減少了微波電場(chǎng)反射，避免了輸出端電磁場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重衰 減，有效降低了電磁場(chǎng)的傳輸損耗；
【申請(qǐng)人】通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橢圓方程的曲線中a的取 值范圍在15~35間時(shí)，其微波電場(chǎng)的反射最小;不僅如此，本發(fā)明在L 2上還設(shè)有深度漸變的 V型槽;通過(guò)該結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)TEM模式向SSPPs模式的過(guò)渡，減少微波電場(chǎng)反射。本發(fā) 明通過(guò)在L3上設(shè)置一系列的V型槽;通過(guò)該結(jié)構(gòu)，使得電磁場(chǎng)在傳輸時(shí)被束縛在V型槽周圍， 從而大大降低了多條傳輸線傳輸時(shí)因間距太小而出現(xiàn)的電磁干擾，使得抗干擾能力大大增 強(qiáng)，同時(shí)也增強(qiáng)了高密度微波集成電路工作時(shí)的穩(wěn)定性，不僅如此，因抗電磁干擾能力大大 增強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)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(guò)調(diào)節(jié)V型槽的幾何尺寸來(lái)調(diào)控 微波傳輸線的截止頻率和電磁場(chǎng)分布，同時(shí)調(diào)整電磁波的束縛效果，
【申請(qǐng)人】在進(jìn)行大量試 驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)槽口寬度w 1的取值為1.0~4. Ommmm、槽深Ch 1的取值為3~6mm、V型槽周期p為3 ~8mm時(shí)，V型槽對(duì)電磁場(chǎng)具有很好的束縛效果。
[0010] 為了更好地證明本發(fā)明的有益效果，申請(qǐng)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
【申請(qǐng)人】設(shè)計(jì)一個(gè)具有 SIR(階躍阻抗)諧振單元的人工等離激元型帶通濾波器樣品，樣品的參數(shù)如表1。
[0011] 表1微波濾波器樣品各部分參數(shù)(單位:mm)
[0012]
[0013] 該樣品的介質(zhì)板采用介電常數(shù)為2.65的基片，對(duì)該樣品的濾波特性曲線經(jīng)時(shí)域有 限差分計(jì)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2.0725GHz到6.5976GHz，樣品在整個(gè)通帶內(nèi)反射系數(shù)小于-10dB，紋波 抖動(dòng)低于1.4dB。設(shè)計(jì)一個(gè)不含過(guò)渡段。的濾波器，其介質(zhì)板的介電常數(shù)同為2.65;對(duì)該濾 波器的反射特性曲線經(jīng)時(shí)域有限差分計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4所示，由圖4得知，該濾波器通帶 內(nèi)反射系數(shù)大大超過(guò)-10dB。由圖3和圖4對(duì)比可知，該樣品的反射特性得到有效改善。
[0014] 圖5為樣品在4GHz頻段工作時(shí)，V型槽周圍的電場(chǎng)分布圖，由圖可見(jiàn)，其電場(chǎng)主要束 縛于V型槽周圍，擴(kuò)散較小。
[0015] 圖6為濾波器樣品在1.3GHz頻段工作時(shí)的表面電場(chǎng)分布圖，由圖6可見(jiàn)，其電場(chǎng)主 要分布于SIR階躍諧振器上，此時(shí)，諧振器吸收了絕大部分輸入的微波能量，使得幾乎沒(méi)有 微波信號(hào)沿SSPPs波導(dǎo)傳輸，這即是SIR諧振器在S21曲線上可引入一個(gè)傳輸零點(diǎn)的原理。通 過(guò)引入該傳輸零點(diǎn)，可以使濾波器變成一個(gè)帶通濾波器，并且，通過(guò)調(diào)節(jié)SIR諧振器的幾何 尺寸可以調(diào)控該傳輸零點(diǎn)在S21曲線上的位置，而通過(guò)調(diào)節(jié)V型槽的幾何尺寸可以控制濾波 器在上阻帶的截止頻率的位置。因此，本濾波器具有通帶范圍和帶外抑制特性靈活可控的 特點(diǎn)。
[0016] 圖7是普通傳輸線和樣品的色散特性對(duì)比圖；其中圖中的A為普通傳輸線的色散特 性，B為樣品的色散特性。由圖7可知該樣品的濾波特性得到很好的優(yōu)化。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明的背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是樣品的S參數(shù)曲線圖。
[0020] 圖4是不采用過(guò)渡段的S參數(shù)曲線圖；
[0021] 圖5是濾波器樣品在4GHz頻段工作時(shí)的V型槽四周電場(chǎng)分布圖；
[0022] 圖6是濾波器樣品在1.3GHz頻段工作時(shí)的表面電場(chǎng)分布圖；
[0023] 圖7是普通傳輸線和樣品的色散特性對(duì)比圖；其中圖中的A為普通傳輸線的色散特 性，B為樣品的色散特性。
[0024]附圖中的標(biāo)記為：1-介質(zhì)板，2-金屬微帶，3-金屬地，4-微帶波導(dǎo)段，5-過(guò)渡段，ΘΑ工表面等離激元段， 7-V 型槽， 8-階躍阻抗加載諧振單元。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依 據(jù)。
[0026] 實(shí)施例。一種具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器，構(gòu)成如圖1和 2所示，包括介質(zhì)板1，介質(zhì)板1的一個(gè)表面上設(shè)有金屬微帶2,另一個(gè)表面上設(shè)有金屬地3;所 述的金屬微帶2包括微帶波導(dǎo)段4,微帶波導(dǎo)段4經(jīng)過(guò)渡段5與人工表面等離激元段6連接;所 述的微帶波導(dǎo)段4連接有階躍阻抗加載諧振單元8;所述的人工表面等離激元段6上分布有V 型槽7。
[0027] 前述的V型槽7的槽口寬度wl的取值為1.0~4.0_，槽深Chi的取值為3~6_，槽型 周期P為3~8mm。
[0028] 前述的金屬地3的邊緣為，滿足乂2/〇^+1^+1^/2)2+￥2/(1^+2?- &)2=1橢圓方程的 曲線;其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值為15~35;h為金屬微帶寬度，其取值為8~15mm;g為金 屬微帶2與金屬地3間距，即介質(zhì)板1厚度，其取值為0.3~lmm，w為留白寬度，其取值為10~ 25mm，L!為微帶波導(dǎo)段的長(zhǎng)度，其取值為2~10mm，1^為過(guò)渡段長(zhǎng)度，20~40mm，L 3為人工表面 等離激元段6的長(zhǎng)度，其取值為90~110mm。所述的留白寬度w為金屬微帶2邊沿到介質(zhì)板1邊 沿的距離。
[0029]前述的階躍阻抗加載諧振單元8的第一段LR1的長(zhǎng)度為8~15mm，寬度為1~3mm，第 二段LR2的長(zhǎng)度為8~12mm，寬度為5~10_。
[0030]前述的過(guò)渡段5上設(shè)有深度漸變的V型槽7。
[0031]本發(fā)明的工作原理:準(zhǔn)TEM模式的電磁場(chǎng)由左邊的微帶波導(dǎo)段4傳輸?shù)竭^(guò)渡段5,在 過(guò)渡段5中逐漸漸變?yōu)镾SPPs模式的電磁場(chǎng)，且在過(guò)渡段5中準(zhǔn)TEM模式和SSPPs模式的電磁 場(chǎng)共存，當(dāng)電磁場(chǎng)到達(dá)人工表面等離激元段6時(shí)，完全轉(zhuǎn)化為SSPPs模式的電磁場(chǎng)，并在L 3進(jìn) 行傳輸，傳輸后SSPPs模式電磁場(chǎng)又經(jīng)過(guò)右邊的過(guò)渡段轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)TEM模式的電磁場(chǎng)由右邊的 微帶波導(dǎo)段輸出。當(dāng)電磁場(chǎng)在微帶波導(dǎo)段4傳播，該段內(nèi)電磁場(chǎng)的模式為準(zhǔn)TEM模式，該模式 電磁場(chǎng)被束縛在微帶波導(dǎo)段4與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)；在過(guò)渡段5傳播時(shí)，該段內(nèi)準(zhǔn)TEM模 式與SSPPs模式共存，其中準(zhǔn)TEM模式電磁場(chǎng)被束縛在過(guò)渡段5與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)， SSPPs模式電磁場(chǎng)被束縛在V型槽周圍；在L3進(jìn)行傳播時(shí)，該段內(nèi)為SSPPs模式，該模式電磁 場(chǎng)被束縛在V型槽周圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器，其特征在于:包括介質(zhì) 板(1)，介質(zhì)板(1)的一個(gè)表面上設(shè)有金屬微帶(2)，另一個(gè)表面上設(shè)有金屬地(3);所述的金 屬微帶(2)包括微帶波導(dǎo)段(4)，微帶波導(dǎo)段(4)經(jīng)過(guò)渡段(5)與人工表面等離激元段(6)連 接;所述的微帶波導(dǎo)段(4)連接有階躍阻抗加載諧振單元(8);所述的人工表面等離激元段 (6)上分布有V型槽(7)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器，其特 征在于:所述的V型槽(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。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器，其 特征在于：金屬地⑶邊緣為，滿足#/0^+1^+1^/2) 2+￥2/(1^+2?-&)2 = 1橢圓方程的曲線； 其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值為15~35; h為金屬微帶寬度，其取值為8~15mm; g為金屬微 帶⑵與金屬地⑶間距，其取值為0.3~lmm，w為留白寬度，其取值為10~25臟山為微帶波 導(dǎo)段的長(zhǎng)度，其取值為2~10臟兒 2為過(guò)渡段長(zhǎng)度，20~40mm，L3為人工表面等離激元段(6)的 長(zhǎng)度，其取值為90~110mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器，其 特征在于：所述的階躍阻抗加載諧振單元（8)的第一段LRl的長(zhǎng)度為8~15mm，寬度為1~ 3mm，第二段LR2的長(zhǎng)度為8~12mm，寬度為5~10mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有階躍阻抗單元的人工等離激元型微波帶通濾波器，其 特征在于:所述的過(guò)渡段(5)上設(shè)有深度漸變的V型槽(7)。
【文檔編號(hào)】H01P1/203GK105896004SQ201610250042
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】胡明哲, 曾志偉, 紀(jì)登輝, 尹躍
【申請(qǐng)人】六盤水師范學(xué)院