基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于WLAN通信頻段的窄帶帶通濾波器，涉及多重互補開口環(huán)結構?；パa開口環(huán)結構的物理尺寸很小，基于同心圓之間的邊緣電容效應發(fā)生諧振，其尺寸和工作頻率波長相比很小，因此有利于器件的小型化；同時由于互補開口環(huán)結構具有良好的品質因數，在諧振特性中下降沿和上升沿陡峭，濾波效果較好。本濾波器包括：介質基本；上表面金屬層由4段微帶線構成和一小段間隙；在下表面金屬上刻蝕出了一大一下兩個多重互補開口環(huán)結構。經過良好的設計可以達到在WLAN頻段良好的濾波效果，且具有且具有簡單緊湊、體積較小、易于集成，成本較低的優(yōu)點。
【專利說明】基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微波【技術領域】工作于WLAN通信頻段的窄帶帶通濾波器，特別涉及到多重互補開口環(huán)結構。
【背景技術】
[0002]微波濾波器作為微波無源器件的一種，在射頻通信系統(tǒng)中占據十分關鍵的地位。微波濾波器是在通帶頻率內能使得信號傳輸且在阻帶頻率內使得信號衰減，用來控制微波射頻系統(tǒng)中的頻率響應的一種器件。微波濾波器在雷達、無線電通信、微波測量等系統(tǒng)中得到了廣泛應用，因此其性能的好壞直接關系著整個微波系統(tǒng)的性能。
[0003]在平面電路中，常用的是微帶線濾波器，它尺寸小，利用光刻技術容易實現，體積小，重量輕，易于其他有源電路元件兼容，另外通過使用不同的襯底材料可以使用在不同的頻率范圍?；パa開口環(huán)結構的物理尺寸很小，基于同心圓之間的邊緣電容效應發(fā)生諧振，其尺寸和工作頻率波長相比很小，因此可以應用在小型化方面；同時由于互補開口環(huán)結構具有良好的品質因數，諧振特性中下降沿和上升沿陡峭，這些優(yōu)點也使得其在濾波器的帶外抑制和高頻率選擇性方面有廣泛的應用。因此基于互補開口環(huán)結構的濾波器得到廣泛的應用。
[0004]開口環(huán)結構是由兩個同心環(huán)構成，在兩個方環(huán)的對稱位置環(huán)開了兩個縫隙，開環(huán)諧振器在受到微波磁場的作用時會感應出環(huán)電流。這好比一個磁矩，加強或者抵抗原磁場，因此在諧振頻率處會出現負磁導率和吸收峰。而互補開口環(huán)結構是開口環(huán)結構的對偶形態(tài)，也具有準靜態(tài)諧振特性。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明設計了可應用于WLAN通信頻段的多重互補開口環(huán)窄帶濾波器，該濾波器實現的濾波范圍是2.3GHz到2.4GHz，頻段內插入損耗小于3dB，回波損耗接近15dB。在阻帶小于2GHz的頻段插入損耗大于30dB，下降較快，在另一側大于2.5GHz時有IOdB的衰減量?？梢詽M足微波器件的設計要求，可廣泛的應用于微波通信系統(tǒng)中。
[0006]實現本專利的技術解決方案是:
[0007]本實用新型的帶通濾波器主要采用多重互補開口環(huán)結構來實現，使用該結構可以得到良好的通帶效應，首先通過理論計算獲得器件大致參數，之后進行仿真優(yōu)化，最終得到實測的結果。
[0008]其結構為:本專利的帶通濾波器，主要由介質基板；在介質基片的下表面完全覆蓋下表面金屬層，并在該金屬層上刻蝕出兩個不同尺寸和位置的互補開口環(huán)形狀；在介質基片的上表面上鍍有兩段導帶微帶線，這兩段導帶線寬度不一，且中間有一隙縫。
[0009]單個的互補開口環(huán)可以等效成一個LC震蕩回路，由于互補開口環(huán)的電尺寸影響很少，可以用集總元件來進行等效，基板上表面的導帶線和互補開口環(huán)之間的電場耦合可等效為電容C，微帶線的等效電感是L，因此這樣就形成了一系列的LC電路，只要設定適當的大小值就可以得到相應的諧振特性。重要的是以上的等效電路的電容電感值都可以通過改變開口環(huán)結構的尺寸和上表面那2段導帶線的尺寸和縫隙來進行調節(jié)。
[0010]在整個設計中介質基板的選取也會對整個濾波器產生重要的影響，介質基板材料選取首先要能夠滿足設計指標，使得具有較好的低通特性。并要求基板具有良好的機械強度以可以加強器件的強度，還必須考慮到成本問題，最好使用較低價格的基板，這樣可以廣泛的應用。
[0011]本實用新型基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的主要優(yōu)點:
[0012]1、在低頻段的帶外抑制效果極強，可較大程度的濾除低頻信號干擾；
[0013]2、采用的是微帶線結構具有結構簡單、體積較小、易于集成的特點；
[0014]3、材料成本較低，適合大規(guī)模生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本專利基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的上視圖；
[0016]圖2為本專利基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器的下視圖；
[0017]圖3為本專利低通濾波器的仿真與實測結果圖。
[0018]以上圖片中含有:
[0019]Ia:微帶線I ;lb微帶線2 ；lc微帶線3 ；2:微帶線4 ；3:微帶線間隙；4:下表面金屬層；5a:小多重互補開口環(huán)；5b:大多重互補開口環(huán)；6:介質基板。
【具體實施方式】
[0020]為使本專利實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。
[0021]具體實施:
[0022]本專利所設計的濾波器，中心頻率為2.35GHz，工作帶寬為IOOMHz ;回波損耗大于15dB，插入損耗小于1.5dB。帶外抑制在2350±300MHz要大于18dB。
[0023]本專利結構選用的介質基板是FR4材料，該材料厚度為1.5mm，介電常數為4.4。
[0024]FR4基板的上表面金屬層，其由la、2、lb、lc四段微帶線組成和3—小段空隙所組成。在FR4基板6的上表面上鍍上了微帶線，如圖1所示，尺寸單位都是毫米(mm)。其中微帶線Ia其寬度為3.121皿1，長度為2.876mm。和微帶線Ia相連的是微帶線2，其寬度為3.387皿1，長度為6.225皿1。和微帶線2相連的是微帶線lb，其寬度為3.121mm，長度為
2.876mm。微帶線Ic的寬度為3.121mm,長度為5.675mm。在微帶線Ib和Ic之間有一小段空隙，空隙寬度為0.347mm。由以上元素構成了上表面導帶結構。
[0025]在FR4基板的下表面金屬層4上刻有兩個多重互補開口環(huán)結構5a、5b，這兩個開口環(huán)都為4層方形開口環(huán)。在FR4基本的下表面全部鍍上了一層金屬層4，在該金屬層上刻蝕出一大一小兩個多重互補開口環(huán)結構。其中其中小多重互補開口環(huán)5a的最外層邊長為
5.235皿1，每個環(huán)的環(huán)寬度為0.121皿1，每個環(huán)之間的間距為0.1239mm?？偣矠樗膫€具有環(huán)的開口寬度為0.151mm的正方形。
[0026]其中大多重互補開口環(huán)5b的最外層邊長為6.028mm,每個環(huán)的環(huán)寬度為0.098mm,每個環(huán)之間的間距為0.097皿1?？偣矠樗膫€具有環(huán)的開口寬度為0.151mm的正方形。[0027]將本專利制作成實物以后，通過Agilent矢量網絡分析儀測試其S參數，經過校準和多次測量以后測得S21和Sll如圖3所示。
[0028]圖3是進過實測結果圖和相應的仿真結果圖，由該圖表示本帶通濾波器可以工作在WLAN移動通信頻段2.3GHz到2.4GHz。頻段內插入損耗小于3dB，回波損耗接近15dB。在阻帶小于2GHz的頻段插入損耗大于30dB，下降較快，在阻帶大于2.7GHz的插入為10dB，滿足了設計要求，具有使用價值。
【權利要求】
1.基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器，其特征在于，包括:介質基板(6);上表面金屬層，其由4段微帶線(la、2、lb、lc)和一小段空隙(3)組成；以及下表面金屬層，在下表面金屬層(4)上刻蝕了兩個多重互補開口環(huán)結構(5a、5b)。
2.根據權利要求1所述的基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器，其特征在于，上表面金屬層由兩部分導帶線構成，其中具有一小段空隙(3)。
3.根據權利要求1所述的基于多重互補開口環(huán)的窄帶帶通濾波器，其特征在于，在下表面金屬層(4)上刻蝕的兩個多重互補開口環(huán)結構(5a、5b)為4層正方形開口環(huán)。
【文檔編號】H01P1/203GK203607518SQ201320541688
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】肖丙剛, 孫潤亮, 葉鵬, 謝治毅 申請人:中國計量學院