專利名稱：一種小型化可調(diào)帶阻濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)、寬帶雷達(dá)系統(tǒng)中的信號(hào)濾波。
背景技術(shù)：
隨著GSM、WLAN、UffB等無(wú)線通信系統(tǒng)的相繼出現(xiàn)，可利用的頻譜已非常有限，為改善現(xiàn)有以及未來(lái)無(wú)線系統(tǒng)的性能，可調(diào)帶阻濾波器受到廣泛的關(guān)注并在無(wú)線通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。比如，不斷涌現(xiàn)的UWB技術(shù)需要一個(gè)很寬的頻譜，但有限的頻譜資源往往用于多個(gè)場(chǎng)合，這就意味著在UWB無(wú)線通信系統(tǒng)中存在著大量不需要的信號(hào)，并且該信號(hào)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的變化可能不斷改變，干擾了 UWB系統(tǒng)范圍內(nèi)的有用信號(hào)。上述問(wèn)題的一個(gè)解決方案就是在UWB帶通濾波器的通帶內(nèi)引入電可調(diào)帶阻濾波器從而濾除系統(tǒng)中變化的干擾信號(hào)。由于缺陷地結(jié)構(gòu)的慢波效應(yīng)和顯著阻帶等特性，近幾年來(lái)，利用可調(diào)節(jié)的缺陷地諧振結(jié)構(gòu)和加載的變?nèi)荻O管已成為實(shí)現(xiàn)小型化可調(diào)帶阻濾波器的一種有效方法?？紤]到共面波導(dǎo)所有導(dǎo)體均位于同一個(gè)平面內(nèi)，為串并聯(lián)集總元件的安裝提供了極大的便利這一優(yōu)點(diǎn)，基于共面波導(dǎo)的缺陷地結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)帶阻濾波器將具有明顯優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，2006年9月Amr Μ. E. Safwat等人在 IEEETransaction on Microwave Theory and Techniques,54 卷 M^M 發(fā)表 了〃 Tunable bandstop defected ground structure resonator using reconfigurable dumbbell-shaped coplanar waveguide (利用可配置啞鈴形狀共面波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)可調(diào)帶阻缺陷地諧振器)“，該論文提出了一種改進(jìn)的共面波導(dǎo)啞鈴形狀缺陷地諧振結(jié)構(gòu)并在此基礎(chǔ)上利用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)可調(diào)帶阻，但是該可調(diào)帶阻濾波器的小型化以及更大的帶阻調(diào)節(jié)范圍仍需要進(jìn)一步研究。檢索中還發(fā)現(xiàn)，2010年 7 月 Heba B. El-Shaarawy 等人在 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Jl M ^ " A novel compact reconfigurable defected ground structure resonator on coplanar waveguide technology for filter applications (—種可應(yīng)用于濾波器的新穎緊湊型可配置共面波導(dǎo)缺陷地結(jié)構(gòu)諧振器)“，該論文提出了一種緊湊的可調(diào)節(jié)帶阻濾波器，但是該可配置缺陷地結(jié)構(gòu)在二極管導(dǎo)通和截止時(shí)分別出現(xiàn)一個(gè)和兩個(gè)帶阻，并且由于這種配置方式下的二極管直流偏置很難實(shí)施，論文沒(méi)有給出帶阻的可調(diào)范圍，以上均限制了該濾波器的實(shí)際應(yīng)用； 同時(shí)，其小型化也需進(jìn)一步考慮。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提出了一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，以克服現(xiàn)有的基于共面波導(dǎo)缺陷地結(jié)構(gòu)可調(diào)帶阻濾波器尺寸較大、帶阻可調(diào)范圍較小以及直流偏置難施加等缺點(diǎn)。
本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器，包括共面波導(dǎo)傳輸線、缺陷地單元和可調(diào)帶阻實(shí)現(xiàn)三部分，其特征是共面波導(dǎo)傳輸線由介質(zhì)層[10]上的中心導(dǎo)體帶[1]和兩側(cè)的接地單元[2]構(gòu)成；缺陷地單元由蝕刻在共面波導(dǎo)傳輸線兩側(cè)接地單元[2]上的兩個(gè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，其中外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]通過(guò)橫向缺口和共面波導(dǎo)中心導(dǎo)體帶 [1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]通過(guò)橫向缺口與外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]相連；可調(diào)帶阻由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上的變?nèi)荻O管[5]及施加的直流偏置實(shí)現(xiàn)，該直流偏置通過(guò)在共面波導(dǎo)兩側(cè)接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個(gè)偏置焊盤[6、7]來(lái)實(shí)施，偏置焊盤[7]經(jīng)導(dǎo)線[8]與內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個(gè)偏置焊盤[6、 7]通過(guò)射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號(hào)和直流信號(hào)之間的相互干擾。所述缺陷地單元中的內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]以及橫向缺口的寬度應(yīng)相等，以減小電磁波在該單元中傳播由于阻抗不連續(xù)性而引起的損耗。所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器可以通過(guò)增加內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]尺寸達(dá)到更低的諧振頻率，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化以滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。所述小型化可調(diào)帶阻濾波器的帶阻可調(diào)范圍取決于所選變?nèi)荻O管的電容變化范圍。本發(fā)明通過(guò)充分利用改進(jìn)型 鈴形狀缺陷地結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間和共面波導(dǎo)傳輸線自身優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)的小型化可調(diào)帶阻濾波器，具有阻帶外插入損耗小、阻帶內(nèi)抑制大、帶阻可調(diào)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直流偏置易施加等優(yōu)點(diǎn)，并且該濾波器尺寸小，非常有利于和超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)、寬度雷達(dá)系統(tǒng)中的其它射頻電路集成，為其實(shí)際應(yīng)用增加了便利。


圖1是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器總體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器在變?nèi)荻O管電容為0. 5pF，2. OpF和6. 5pF 時(shí)仿真的傳輸系數(shù)和頻率關(guān)系圖。圖4是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器在變?nèi)荻O管電容為0. 5pF，2. OpF和6. 5pF 時(shí)仿真的反射系數(shù)和頻率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器，一個(gè)實(shí)施例的正面結(jié)構(gòu)布局如圖1所示， 其總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖1和圖2中的共面波導(dǎo)傳輸線由介質(zhì)層[10]上的中心導(dǎo)體帶[1]和兩側(cè)的接地單元[2]構(gòu)成。中心導(dǎo)體帶[1]與兩側(cè)的接地單元[2]形成的缺口槽寬度由所需的特性阻抗確定，取決于介質(zhì)層[10]的介電常數(shù)與厚度以及中心導(dǎo)體帶[1]的寬度。本實(shí)施例中， 介質(zhì)層[10]的介電常數(shù)為9. 6，厚度為0.8mm，中心導(dǎo)體帶[1]的寬度為3mm，為達(dá)到50歐姆的特性阻抗，缺口槽寬度選擇為0. 8mm。圖1和圖2中的缺陷地單元由蝕刻在共面波導(dǎo)傳輸線兩側(cè)接地單元[2]上的兩個(gè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，其中外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]通過(guò)橫向缺口和共面波導(dǎo)中心導(dǎo)體帶[1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]通過(guò)橫向缺口與外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]相連。相比較改進(jìn)的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)，該缺陷地單元通過(guò)引入內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]來(lái)增加電磁波的傳播路徑，從而實(shí)現(xiàn)小型化，并且隨著內(nèi)側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]邊長(zhǎng)的增加，缺陷地單元的諧振頻率將進(jìn)一步降低，從而達(dá)到進(jìn)一步的小型化以滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]的寬度以及橫向缺口的寬度應(yīng)選擇相等，以減小電磁波在該單元中傳播由于阻抗不連續(xù)而引起的能量損耗。內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]以及橫向缺口的尺寸可根據(jù)濾波器的具體設(shè)計(jì)要求確定，該缺陷地單元總的平均周長(zhǎng)約為其諧振頻率對(duì)應(yīng)波導(dǎo)波長(zhǎng)的一半。在該實(shí)施例中，外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]的邊長(zhǎng)為8mm，內(nèi)側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)W]的邊長(zhǎng)為3mm，正方形環(huán)的寬度以及橫向缺口的長(zhǎng)度與寬度均選擇為0. 5mm，得到的小型化缺陷地單元諧振頻率為2. 52GHz，而此時(shí)普通的改進(jìn)型啞鈴結(jié)構(gòu)缺陷地單元諧振頻率為2. 92GHz。當(dāng)小型化缺陷地單元內(nèi)側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)W]的邊長(zhǎng)增加為6mm時(shí)，與普通的改進(jìn)型啞鈴結(jié)構(gòu)缺陷地單元相比，可以獲得55. 的尺寸減小。圖1和圖2中的可調(diào)帶阻實(shí)現(xiàn)由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上的變?nèi)荻O管[5]及施加的直流偏置完成，該直流偏置通過(guò)在共面波導(dǎo)兩側(cè)接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個(gè)偏置焊盤[6、7]來(lái)實(shí)施，偏置焊盤[7]經(jīng)導(dǎo)線[8]與內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個(gè)偏置焊盤[6、7] 通過(guò)射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號(hào)和直流信號(hào)之間的相互干擾。帶阻的可調(diào)范圍取決于所選變?nèi)荻O管的電容變化范圍。蝕刻的矩形單元尺寸主要依賴于選擇的射頻扼流圈封裝尺寸大小，該矩形單元應(yīng)盡可能小以減少濾波器的輻射損耗和對(duì)缺陷地單元諧振頻率造成的影響。該實(shí)施例中矩形單元的大小為8mm*3mm;射頻扼流圈封裝為1206，大小為 47 μ H;變?nèi)荻O管橫跨在左邊距離缺口槽1.5mm處的外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上，該二極管在反偏電壓從IV到28V改變時(shí)，電容變化范圍為0. 5pF-6. 5pF ；整個(gè)可調(diào)帶阻濾波器的大小為25mm*40mm。圖3與圖4分別給出了本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器在變?nèi)荻O管電容為 0. 5pF，2. OpF和6. 5pF時(shí)仿真的傳輸系數(shù)和頻率關(guān)系圖以及反射系數(shù)和頻率關(guān)系圖。從兩圖中均可以看出，隨著變?nèi)荻O管電容的變化，該可調(diào)帶阻濾波器的阻帶中心頻率也發(fā)生了變化，分別為2. 30GHz、1. 94GHz和1. 75GHz，帶阻的可調(diào)范圍為0. 55GHz，達(dá)到了其中心頻率的27. 2%，并且阻帶內(nèi)最大抑制為35dB。通過(guò)增加變?nèi)荻O管的電容變化范圍，該帶阻濾波器的可調(diào)范圍可進(jìn)一步增加。雖然在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明并不局限于此，具有相關(guān)領(lǐng)域背景知識(shí)的人可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多種變形。例如，可以將變?nèi)荻O管橫跨在內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)新的可調(diào)帶阻。因此，這種變形以及其它符合本發(fā)明的思想，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，包括共面波導(dǎo)傳輸線、缺陷地單元和可調(diào)帶阻實(shí)現(xiàn)三部分，其特征在于共面波導(dǎo)傳輸線由介質(zhì)層[10]上的中心導(dǎo)體帶[1]和兩側(cè)的接地單元 [2]構(gòu)成；缺陷地單元由蝕刻在共面波導(dǎo)傳輸線兩側(cè)接地單元[2]上的兩個(gè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，其中外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]通過(guò)橫向缺口和共面波導(dǎo)中心導(dǎo)體帶[1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]通過(guò)橫向缺口與外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]相連；可調(diào)帶阻由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上的變?nèi)荻O管 [5]及施加的直流偏置實(shí)現(xiàn)，該直流偏置通過(guò)在共面波導(dǎo)兩側(cè)接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個(gè)偏置焊盤[6、7]來(lái)實(shí)施，偏置焊盤[7]經(jīng)導(dǎo)線[8]與內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個(gè)偏置焊盤[6、7]通過(guò)射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號(hào)和直流信號(hào)之間的相互干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器，其特征在于缺陷地單元中的內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]以及橫向缺口的寬度應(yīng)相等，以減小電磁波在該單元中傳播由于阻抗不連續(xù)而引起的能量損耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器，其特征在于通過(guò)增加內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]尺寸可以達(dá)到更低的諧振頻率，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化以滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器，其特征在于帶阻的可調(diào)范圍取決于所選變?nèi)荻O管的電容變化范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域。該濾波器包括共面波導(dǎo)傳輸線、缺陷地單元和可調(diào)帶阻實(shí)現(xiàn)三部分，其中缺陷地單元由蝕刻在共面波導(dǎo)傳輸線兩側(cè)接地單元上的兩個(gè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，可調(diào)帶阻由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)上的變?nèi)荻O管及施加的直流偏置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻帶內(nèi)抑制大、帶阻可調(diào)范圍大、易于和其它射頻電路集成等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P1/203GK102354779SQ20111029817
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何偉, 寧煥生, 汪俊 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)