CN102496755B - 一种小型化双阻带微带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型化双阻带微带滤波器，属于微波通信技术领域。该滤波器包括正面部分、反面部分和输入输出端口，其中正面部分由微带导带与T型缺陷微带结构构成，反面部分由接地板单元与U型缺陷地结构构成。该滤波器可用于抑制无线通信系统中的双频干扰，其优点在于充分利用了微带导带和接地单元的空间，有效减少了器件的面积，从而非常有利于和其它平面微波电路集成。同时，该滤波器还具有结构简单、双阻带中心频率可自由调节、易于实现等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型化双阻带微带滤波器，属于微波通信技术领域，可应用于抑制超宽带无线通信、高功率放大器等系统中同时存在的双频干扰，特别适用于对器件尺寸要求高的场合。
背景技术
近年来，在很多多频段无线通信系统（如GSM，WLAN，UWB）应用中都需要双阻带滤波器，这是由于该类型滤波器可以有效抑制两个频段上同时存在的干扰。与两个级联的传统单频段阻带滤波器相比，双阻带滤波器具有更小的尺寸、更廉价、更少的通带内插损和更低的群延时等优势。另一方面，微带滤波器具有低成本，加工方便，易于和其它平面电路集成等优点，在无线通信系统中发挥着重要作用。因此，双阻带微带滤波器在实际应用中具有明显优势，同时，随着无线通信技术的不断发展，对器件尺寸的要求越来越高，如何设计小型化双阻带滤波器已经成为一个研究热点。
目前，实现双阻带微带滤波器的方法主要包括：通过对低通滤波器原型进行二阶的频率变换来合成双阻带；利用组合并联谐振单元（如不同长度的并联传输线开路枝节或者左/右手超材料传输线）以实现双阻带特性；组合开口谐振环和互补开口谐振环来得到双阻带；通过具有非均匀阻抗的二段或者三段阶梯阻抗谐振单元来同时实现两个频段上的90度电长度，从而获得双阻带操作特性和器件尺寸的减少。但是，以上的实现方法都需要占据微带导带以外的大量空间，更加紧凑的小型化双阻带微带滤波器实现仍是一个持续进行的挑战。
缺陷地结构是在平面传输线的地板上蚀刻出周期或者非周期的缺陷图案，其最大的优势是具有显著的阻带和慢波效应特性，这是由于地板上的缺陷干扰了电流分布，导致了传输线等效电感和电容的变化。与传统的电磁带隙结构相比，缺陷地结构具有更小的尺寸，更低的辐射，易于设计等优势，因而在低通滤波器、阻带滤波器、超宽度滤波器、小型化天线等许多微波器件中得到了广泛应用。作为缺陷地结构的延伸，近几年发展的缺陷微带结构是在微带导带上蚀刻出均匀或者非均匀狭缝，同样具有显著的阻带和慢波效应，并且比缺陷地结构更紧凑，更少的电磁干扰地面噪声，更高的Q值。因此，通过充分利用缺陷地结构和缺陷微带结构的特性，将为小型化双阻带滤波器实现提供一种新的途径。
发明内容
针对现有双阻带微带滤波器实现技术中存在的不足，本发明提出了一种小型化双阻带微带滤波器，以解决现有的双阻带微带滤波器尺寸较大，不易于和其它平面微波电路集成等问题。
本发明提出的小型化双阻带微带滤波器，包括正面部分、反面部分和输入输出端口，具体是：正面部分由介质板[9]上方的微带导带[1]与T型缺陷微带结构构成，该T型缺陷微带结构是在微带导带[1]上蚀刻出的一个矩形空气单元[2]中添加两个垂直放置的导体带[3,4]组合而成，其中导体带[3]不与微带导带[1]接触，导体带[4]与微带导带[1]接触；反面部分由接地板单元[7]及U型缺陷地结构构成，该U型缺陷地结构是在接地单元[7]上蚀刻去U型结构，形成U型空气单元[8]；第一输入输出端口[5]外接信号源，激励信号经过T型缺陷微带结构和U型缺陷地结构到达第二输入输出端口[6]，最后由该端口送达外部电路；双阻带滤波器的两个阻带可以独立进行调节，其中第一阻带由T型缺陷微带结构尺寸决定，第二阻带由U型缺陷地结构尺寸决定。
所述小型化双阻带微带滤波器的第一阻带中心频率和第二阻带中心频率应分别由T型缺陷微带结构和U型缺陷地结构决定以满足小型化需求。
所述小型化双阻带微带滤波器的第一阻带中心频率和第二阻带中心频率可以独立自由调节，具体为：随着T型缺陷微带结构尺寸的增加，第一阻带中心频率将降低而第二阻带中心频率基本保持不变；随着U型缺陷地结构尺寸的增加，第二阻带中心频率将降低而第一阻带中心频率基本保持不变。
所述小型化双阻带微带滤波器中的U型缺陷地结构应位于T型缺陷微带结构的正下方，从而进一步实现小型化。
本发明基于缺陷微带结构和缺陷地结构的显著阻带和慢波效应特性实现的小型化双阻带微带滤波器，充分利用了微带导带和接地板的空间，与传统的双阻带微带滤波器相比，可极大地减少整个器件的面积，具有更低的成本，更易于与超宽带无线通信、高功率放大器等系统中其它平面微波电路集成。同时，该小型化滤波器的第一阻带中心频率和第二阻带中心频率可分别自由调节，为实际应用提供了很多便利。
附图说明
图1是本发明小型化双阻带微带滤波器的总体结构示意图。
图2是本发明小型化双阻带微带滤波器的正面结构示意图。
图3是本发明小型化双阻带微带滤波器的背面结构示意图。
图4是本发明小型化双阻带微带滤波器仿真的频率特性示意图。
具体实施方式
本发明提出的小型化双阻带微带滤波器，一个实施例的总体结构示意图如图1所示，包括：正面部分、反面部分和输入输出端口。
如图2所示，本发明中的小型化双阻带微带滤波器正面部分包括：介质板[9]上方的微带导带[1]和T型缺陷微带结构。该T型缺陷微带结构是在微带导带[1]上蚀刻出的一个矩形空气单元[2]中添加两个垂直放置的导体带[3,4]组合而成，其中导体带[3]不与微带导带[1]接触，导体带[4]与微带导带[1]接触。本实施例中，选用的介质板[9]介电常数为2.55，厚度为1.5mm，微带导带[1]的宽度为4.5mm以获得50Ω的特性阻抗；T型缺陷微带结构矩形空气单元[2]的长度和宽度为9.5mm和3.6mm，导体带[3]的长度和宽度分别为1.2mm和3.2mm,导体带[4]的长度和宽度分别为8.1mm和0.6mm。
如图3所示，本发明中的小型化双阻带微带滤波器反面部分包括接地板单元[7]和U型缺陷地结构。其中U型缺陷地结构是在接地单元[7]上蚀刻去U型结构，形成U型空气单元[8]。本实施例中，该U型缺陷地结构狭缝的宽度为0.3 mm,沿着微带导带方向的长度为9mm，沿着微带宽度方向的长度为3.9mm。
本发明中小型化双阻带微带滤波器的第一输入输出端口[5]外接信号源，激励信号经过T型缺陷微带结构和U型缺陷地结构到达第二输入输出端口[6]，最后由该端口送达外部电路。双阻带滤波器的两个阻带可以独立进行调节，第一阻带由T型缺陷微带结构尺寸决定，第二阻带由U型缺陷地结构尺寸决定。
所述的小型化双阻带微带滤波器，其第一阻带中心频率和第二阻带中心频率分别由T型缺陷微带结构和U型缺陷地结构决定以满足小型化需求。
所述的小型化双阻带微带滤波器第一阻带中心频率和第二阻带中心频率可以分别进行调节，具体为：随着T型缺陷微带结构尺寸的增加，第一阻带中心频率将降低而第二阻带中心频率基本保持不变；随着U型缺陷地结构尺寸的增加，第二阻带中心频率将降低而第一阻带中心频率基本保持不变。
所述的小型化双阻带微带滤波器，其U型缺陷地结构应位于T型缺陷微带结构的正下方，从而进一步实现小型化。
本发明该实施例的频率特性如图4所示，包括实线的S21（传输系数）参数和虚线的S11（反射系数）参数，其中横坐标代表频率分量，单位为GHz，纵坐标代表幅度变量，单位为dB。该实施例的第一阻带中心频率为3.49 GHz，该中心频率干扰抑制度大于25dB，3dB阻带为3.22-3.69GHz，可以抑制无线通信系统中的WiMAX（3.3-3.6GHz）干扰；第二阻带中心频率为5.38GHz,该频率干扰抑制度大于25dB，3dB阻带为5.02-5.92GHz，可以抑制无线通信系统中的WLAN（5.15-5.825GHz）干扰。
虽然在上述实施例的基础上对本发明进行了说明，但是本发明并不局限于此，具有相关领域背景知识的人可以在此基础上进行多种变形。例如，可以通过组合其它类型的缺陷微带结构和其它类型的缺陷地结构来实现双阻带微带滤波器，或者是利用级联的T型缺陷微带结构和级联的缺陷地结构来实现具有更高干扰抑制度的双阻带微带滤波器。因此，这些变形以及其它符合本发明的思想，都应属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种小型化双阻带微带滤波器，包括正面部分、反面部分和输入输出端口，其特征在于：正面部分由介质板[9]上方的微带导带[1]与T型缺陷微带结构构成，该T型缺陷微带结构是在微带导带[1]上蚀刻出的一个矩形空气单元[2]中添加两个垂直放置的导体带[3,4]组合而成，其中导体带[3]不与微带导带[1]接触，导体带[4]与微带导带[1]接触；反面部分由接地板单元[7]及U型缺陷地结构构成，该U型缺陷地结构是在接地单元[7]上蚀刻U型结构，形成U型空气单元[8]；第一输入输出端口[5]外接信号源，激励信号经过T型缺陷微带结构和U型缺陷地结构到达第二输入输出端口[6]，最后由该端口送达外部电路；双阻带滤波器的两个阻带可以独立进行调节，其中第一阻带由T型缺陷微带结构尺寸决定，第二阻带由U型缺陷地结构尺寸决定。
2.根据权利要求1所述的小型化双阻带微带滤波器，其特征在于随着T型缺陷微带结构尺寸的增加，第一阻带中心频率将降低而第二阻带保持不变；随着U型缺陷地结构尺寸的增加，第二阻带中心频率将降低而第一阻带保持不变。
3.根据权利要求1所述的小型化双阻带微带滤波器，其特征在于U型缺陷地结构应位于T型缺陷微带结构的正下方，从而进一步实现小型化。
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