CN101246982B - 一种基于左右手复合传输线和谐振环耦合的带通滤波器 - Google Patents

Abstract

一种基于左右手复合传输线和谐振环耦合的带通滤波器，涉及一种可用于混合和单片微波集成电路的微带线带通滤波器，包括SMA头(1)、介质基片(2)、金属膜(8)，介质基片(2)的上表面设计制作周期性排列的左右手复合传输线和开口谐振环(3)，其特征是：左右手复合传输线是由周期性断开的金属块按直线的方式排列组成的金属导带(7)以及断开的金属导带之间空隙(6)处焊接的电容(5)，和在每块金属块中心埋入的电感(4)构成，电感(4)焊接在金属块和金属膜(8)之间。本发明不易泄漏，可方便的改变通带的工作频率和插入损耗，实现元件的小型化。可广泛用做微波集成电路的带通滤波器，也可在天线上用于产生高方向性。

Description

一种基于左右手复合传输线和谐振环耦合的带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种可用于混合微波集成电路和单片微波集成电路的微带线带通滤波器，属于微波通讯领域。

背景技术

微带线是混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)中使用最多的一种平面传输线。它可以用光刻工艺制作，且容易与其他无源微波电路和有源微波器件连接，实现微波电子系统的小型化，集成化，因此受到了本领域的广泛关注、积极研究和实际应用。结构最简单的微带线是在下底板敷一层金属作接地板，上表面由位于接地板中心对称面上的中心导(体)带构成，导带和接地板之间可以是空气或填充其他介质。1999年，英国皇家学院J.B.Pendry提出利用开口谐振环构造磁导率为负的人工媒质，这一结构可以形成和电子带隙类似的光子带隙，能禁止能量在带隙范围内的光子的传播。开口谐振环的在其谐振频率附近的一个很窄的频率范围内可以抑制信号传播，利用这一思想许多科研工作者把开口谐振环与微带线结合起来设计带阻或带通滤波器。2005年，西班牙人I.Gil等人首次在微带线上表面的金属导带上周期性打孔(此孔为金属化孔，贯穿于微带线的上表面和下表面以及介质层)，在导带两边放置的开口谐振环这一技术实现了带通滤波。但是底板打孔的技术具有以下三个主要缺点：1)不利于封装和实现微波集成电路：为了保持元件的性能，必须使得打空的接地板远离其他金属物。2)泄漏很大，以至于通带内的插入衰减很大。3)带外抑制不够好，且品质因子不够高。以上的技术都无法实现微波电路的集成的效果。

发明内容

本发明的目的在于公开一种传输线结构的带通滤波器，这种带通滤波器结构设计简单、封装容易，可实现小型化，适用于微波集成电路。

为了达到上述目的，本发明的微带线结构包括包括SMA头、介质基片、金属膜，介质基片的上表面按使用需求设计制作周期性排列的左右手复合传输线和开口谐振环，且谐振环分布在左右手复合传输线的两侧，左右手复合传输线与介质基片两端通过上表面金属导带和下表面金属膜用焊锡固接在SMA头，其特征是：左右手复合传输线是由周期性断开的金属块按直线的方式排列组成的金属导带以及金属导带的断开的金属导带之间空隙处焊接的电容，和在每块金属块中心埋入的电感构成，电感焊接在上表面金属块和下表面的金属膜之间。

开口谐振环之间、开口谐振环与左右手复合传输线之间的间距是相等的或者按使用要求设计成不全相等，以便方便的调节想要得到的带通滤波器的工作频率以及其它要求(带外抑制、品质因子、插入衰减等)。

开口谐振环的形状是矩形或方形时能增强开口谐振环与左右手复合传输线间的耦合。

本发明的左右手复合传输线结构谐振环设计的带通滤波器结构具有如下的效果和优点：

1.由于本发明的左右手复合传输线是在微带线上表面的金属导带上周期性加载电容电感，其分别把电容和电感串联和并联到电路中，因此能用于混合微波集成电路和单片微波集成电路的微带线带通滤波器，而在微带线上表面的金属导带上周期性打孔做成的带通滤波器是无法用于微波集成电路。

2.由于本发明分别把电容和电感串联和并联到电路中，左右手复合传输线和开口谐振环形成的带隙的物理性质与现有技术不一样，可以根据需要设计结构使两者的带隙重合出现传播模，达到很好的滤波效果，因此，本发明作为滤波功能的传播模的插入衰减很小，经实际测量S₂₁很高，不易泄漏。

3.当改变其环与中间的左右手复合传输线的间距或者其中一个环的大小时，可以方便的改变通带的工作频率和插入损耗。

4.由于本发明的矩形可以在保持环的纵向尺寸不变的情况下利用环的横向尺寸，有效的缩小元件占用面积，在一定程度上可以实现元件的小型化。

5.与现有的滤波器相比，本发明结构简单，滤波目的易调，容易达到理想的小型化程度，可广泛用做一定的工作频带内的滤波，也可用在天线上用于产生高方向性。

附图说明

图1为本发明的3个开口谐振环的带通滤波器结构俯视示意图

图2本发明的3个开口谐振环的带通滤波器结构剖面示意图

图3为本发明作为带通滤波器的实验和模拟值示意图

图4为本发明的5个开口谐振环的带通滤波器结构俯视示意图

图5为图4的实验和模拟值示意图

图中：

1-SMA头；2-介质基片；3-开口谐振环；4-电感；5-电容；6-金属导带之间空隙；7-金属导带；8-金属膜。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1和2。

本发明由SMA头(转接头)1、介质基片2、开口谐振环3、电感4、电容5、金属导带之间空隙6、金属导带7和金属膜8组成。介质基片2的下表面设有大小与介质基片2一样的一层金属膜作接地板，介质基片2两端各固接SMA头1。介质基片2的上表面制作按使用需求设计周期性排列的左右手复合传输线和金属的开口谐振环3，开口谐振环3分布在左右手复合传输线的两侧。左右手复合传输线与SMA头1之间通过金属导带7用焊锡相连。具体制作时采用FR-4(环氧树脂复合玻璃纤维布覆铜金属模)为基材，由印刷电路板(PCB)技术制作。保持下表面的金属膜8和介质基片2一样的长宽度大小，在上表面金属膜上根据设计要求把不需要的金属膜挖掉，最终上表面的设计结构应为：金属导带7是由周期性断开的金属块按直线的方式排列组成；同时位于中心的金属导带7的断开处加载电容5，且用焊锡把电容5焊接在金属导带7上；在每个金属块中心都埋入电感4，用焊锡把埋入的电感4焊接在金属导带7和下表面的金属膜8之间，这种结构称之为复合左右手微带线。在金属导带7两边设计出对称的开口谐振环3，这种开口谐振环3的形状是矩形(方形，或圆形，或椭圆形都可以)。两端通过金属导带7与SMA头1相连。

根据设计需要而改变开口谐振环3的尺寸时，在一定条件下阻带内可以一个传播模。当本发明的介质基片2的相对介电常数为2.65，厚度为1mm，上表面的矩形的开口谐振环3的边长为长12mm，宽为9mm，环与环之间的距离为4mm，开口谐振环3与左右手复合传输线之间的距离为0.25mm，金属导带7的宽为2.72mm，金属膜8的厚度为0.035mm时，采用HP8722ES网络分析仪测量，测量和模拟的传输频谱图如图2所示，其中实线代表测量的结果，虚线代表模拟结果。从图2中可以看出在2.04GHz处有很窄的通带出现，模拟和实验的插入损耗值分别为-5.8dB和-13.1dB，模拟值和实验值基本吻合。

实施例2

该实施例的剖面图示意图和图1一样，该俯视图请参阅附图4。在保持图2基本参数不变的基础上改变开口谐振环3的数目，由原来的3个环增加到5个。经采用HP8722ES网络分析仪测量，测量和模拟的传输频谱图如图5所示，其中实线代表测量的结果，虚线代表模拟结果。从图5中可以看出在2.03GHz处有很窄的通带出现，模拟和实验的插入损耗值分别为-4.8dB和-10.1dB，模拟值和实验值基本吻合。可见增加开口环的数目可以减小通带内的插入损耗，同时品质因子也得到改善。

Claims (1)

1.一种基于左右手复合传输线和谐振环耦合的带通滤波器，包括SMA头(1)、介质基片(2)、金属膜(8)，介质基片(2)的上表面按使用需求设计制作周期性排列的左右手复合传输线和开口谐振环(3)，且谐振环(3)分布在左右手复合传输线的两侧，左右手复合传输线两端通过介质基片(2)上表面的金属导带(7)用焊锡固接在SMA头(1)，介质基片(2)下表面的金属膜(8)也用焊锡固接在SMA头(1)上，其特征是：左右手复合传输线是由周期性断开的金属块按直线的方式排列组成的金属导带(7)以及在断开的金属导带之间空隙(6)处焊接的电容(5)，和在每块金属块中心埋入的电感(4)构成，电感(4)焊接在介质基片(2)上表面的金属块和介质基片(2)下表面的金属膜(8)之间。

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