CN103280616A - 一种具有左手性能的双通带滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有左手性能的双通带滤波器，包括接地板、中央传输线、互补式开口谐振环（CSRR）和开口谐振环（SRR），其中互补式开口谐振环蚀刻在接地板上，接地板上设置介质板，中央传输线设置于介质板上，中央传输线两端分别接外部信号输入电缆和输出电缆，中央传输线两侧对称设置两个开口谐振环，中央传输线的中心位置蚀刻出一凸形条缝隙，所述缝隙两侧的中央传输线上蚀刻出多个通孔至接地板，本发明使其通过的信号具有左手特性，带宽增加，同时，物理结构尺寸减小。

Description

一种具有左手性能的双通带滤波器
技术领域
本发明涉及一种微波通信信号传输技术领域的双通带滤波器，尤其涉及一种具有左手性能的双通带滤波器。
背景技术
中华人民共和国国家知识产权局，发明专利申请号：201010156154.1，申请日：2010年4月23日，发明名称“具有左手性能的双通带滤波器”。
该发明公开了一种双通带滤波器，包括地板、中央传输线、镂空开口谐振环（CSRR）和开口环谐振器（SRR），其中镂空开口谐振环蚀刻在接地板上，接地板上设置介质板，中央传输线设置于介质板上，中央传输线两端分别接外部信号输入电缆和输出电缆，中央传输线两侧对称设置两个开口环谐振器，中央传输线的中心位置蚀刻出一条缝隙，所述缝隙两侧的中央传输线上蚀刻出多个通孔至接地板。
该发明结构俯视图如图1所示，中央传输线上蚀刻出一条垂直的贯穿中央传输线两侧的缝隙，使得其具有0.78 GHz到1.52 GHz和2.78 GHz 到 3.12 GHz.两个通带，但是根据该发明公开的技术方案，不能够直接得到0.78 GHz到1.52 GHz的通带，而是中间存在一个1.2GHz到1.41GHz的阻带，该阻带使得滤波器的带宽变窄，并且不是连续的频率段，发明不能够完全实现双通带滤波器的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的缺陷提供一种具有左手性能的双通带滤波器，使得双通带滤波器的带宽增加同时解决了通带中存在阻带的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种具有左手性能的双通带滤波器，包括接地板、中央传输线、互补式开口谐振环和开口谐振环，其中互补式开口谐振环蚀刻在接地板上，接地板上设置介质板，中央传输线设置于介质板上，中央传输线两端分别接外部信号输入电缆和输出电缆，中央传输线两侧对称设置开口谐振环，且两个开口谐振环的纵向对称轴与中央传输线的纵向对称轴重合，所述互补式开口谐振环和开口谐振环均设置为正方形；所述中央传输线的纵向对称轴位置处蚀刻出缝隙；所述缝隙呈“凸”字结构，其起始端和结束端分别设置在中央传输线的两个侧边中点上，所述“凸”字结构的对称轴与所述中央传输线的纵向对称轴垂直且与横向对称轴重合；所述蚀刻缝隙的厚度与中央传输线的厚度相等；所述“凸”字结构的凸出部分长度等于开口谐振环边长长度的一半；所述“凸”字结构的缝隙包括：“凸”字结构的两端、凸出部分；其中，“凸”字结构缝隙两端的两侧中央传输线上设置多个通孔至接地板，所述通孔以中央传输线纵向对称轴对称排列，通孔中心与中央传输线纵向对称轴垂直距离为缝隙宽度的2倍，纵向相邻两通孔之间的中心距离为缝隙宽度的2倍；“凸”字结构凸出部分两侧的缝隙中心分别与相邻的通孔中心距离为所述缝隙宽度的2倍。
优选地，所述缝隙的宽度范围是0.15mm≤g≤0.30mm，其中g代表缝隙的宽度；所述通孔为边长等于缝隙宽度的正方形通孔。
优选地，所述缝隙的宽度g=0.2mm。 
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）将现有技术的垂直通道改进为具有“凸”字结构的通道，使得通过本发明的信号具有左手特性同时增加了通带宽度，减小了通带间的阻带。
（2）进一步限定通孔参数及“凸”字结构的各部分参数，使得本发明具有零谐振点，将第一左手通带和第一右手通带之间的禁带闭合，进一步增大了通带宽度。
（3）带宽增加、零谐振点使得双通带滤波器的物理结构不受频率影响，减小尺寸，节约了空间。
附图说明
图1为现有技术结构俯视图。
图2为本发明结构俯视图。
图3为本发明结构仰视图。
图4为本发明两端侧视图。
图5为本发明“凸”字结构缝隙示意图。
图6为本发明三单元样品测量与仿真结果（S21）。
图7为本发明三单元样品测量与仿真结果（S11）。
图8为本发明样品仿真与理论曲线比较图。
图9为本发明单元结构等效电路图。
其中，附图中的标记为：1-接地板；2-中央传输线；3-通孔；4-开口谐振环；5-“凸”字结构缝隙；6-互补式开口谐振环；7-介质板；8-通道宽度；9-通道高；10-“凸”字结构凸出部分长；11-“凸”字结构凸出部分宽。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
本发明结构如图2、图3、图4所示，包括接地板、中央传输线、互补式开口谐振环和开口谐振环，中央传输线和接地板之间填充介电常数为ε=2.65的介质板，其中互补式开口谐振环蚀刻在接地板上，中央传输线设置于介质板上，中央传输线两端分别接外部信号输入电缆和输出电缆，中央传输线两侧对称设置两个开口谐振环，且两个开口谐振环的纵向对称轴与中央传输线的纵向对称轴重合，所述互补式开口谐振环和开口谐振环均设置为正方形；所述中央传输线的纵向对称轴位置处蚀刻出缝隙；所述缝隙宽为g，呈“凸”字结构，其起始端和结束端分别设置在中央传输线的两个侧边中点上，所述“凸”字结构的对称轴与所述中央传输线的纵向对称轴垂直且与横向对称轴重合；所述蚀刻缝隙的厚度与中央传输线的厚度相等；“凸”字结构缝隙如图5所示，所述“凸”字结构的凸出部分长度等于开口谐振环边长长度的一半；所述所述“凸”字结构的缝隙分为三部分：“凸”字结构的两端、凸出部分；“凸”字结构缝隙两端的两侧中央传输线上设置多个通孔至接地板，所述通孔以中央传输线纵向对称轴对称排列，通孔中心与中央传输线纵向对称轴垂直距离为缝隙宽度的2倍，纵向相邻两通孔之间的中心距离为缝隙宽度的2倍；“凸”字结构凸出部分两侧的缝隙中心分别与相邻的通孔中心距离为2g。
假设开口谐振环的边长为a，互补式开口谐振环的边长为b，中央传输线输入端宽度为d，中央传输线中部宽度为w，介质板厚度为h，介电常数为ε，凸出部分长度为i，凸出部分宽度为j。
本实施例优选的结构各参数尺寸为：
a=4.5mm，b=25mm，w=10mm,，d=1.38mm，h=0.508mm，i=2.25mm，j=0.4mm，g=0.2mm；通过对本结构的仿真测试，得到如图6、7、8所示的曲线图，图6和图7是本结构单元样品的插入损耗和回波损耗测量结果和仿真结果比较。从图中可以看出，虽然插入损耗和回波损耗并不十分理想，但可以显现出两个明显的通带。与现有技术比较，插入损耗略显平滑。图8是根据本结构的物理尺寸通过传输线原理提取相应的结构等效参数计算出的理论曲线和仿真曲线比较，从图8中可以看出本结构的左手特性。首先图6、7所示的两个通带从图8上可以看出都是由左手通带和右手通带共同构成。与现有技术最大的区别是，现有技术所构成的两个左右手通带中都存在一个禁带，而本结构的第二个左右手通带中禁带仍然存在，第一个左右手通带之间的禁带因为结构的改变而闭合，即第一个左右手通带中没有禁带存在，这样可以等效为通带宽度变宽。左右手通带的闭合点称为零级谐振点。有文献指出，零级谐振器最重要的特点是它的物理长度可以不依赖于谐振频率。
本发明的工作过程或原理如下：
根据传输线原理，互补式开口谐振环等效成电路图9中的CCSRR，LCSRR和Cstrip，多个金属接地通孔等效为Lvia，上表面的两个开口谐振环等效为CSRR，LSRR，中央传输线上的凸形缝隙等效为Cgap，中央传输线等效为Lstrip。
该结构是将一个互补式开口谐振环和两个开口谐振环组合，提供串联支路的电容和并联支路的电感。同时利用中央传输线上的“凸”字结构缝隙和其上与接地板相连的金属通孔提供另外的串联支路的电容和并联支路的电感。这样就构成两组左手传输线的基本条件（左手传输线的基本条件是具有并联电感和串联电容）。
如图8所示，0.66GHz-1.15GHz为第一左手通带，2.82GHz-3.42GHz为第二左手通带，第一、第二左手通带频段内的电磁波通过本结构时，因微带线上的电流会引起其环绕的磁场变化，而该磁场恰好垂直于开口谐振环环面，这样磁场震荡会使垂直于开口谐振环环面的B与H反向，因此，开口谐振环产生的磁导率μ就小于零。在相同的频段内，中央传输线与接地板之间的电场垂直于互补式开口谐振环环面，则该电场发生震荡时，使得互补式开口谐振环产生的介电常数ε小于零。当某物质的磁导率和介电常数同时小于零时，该物质具有左手特性。

Claims (4)

1.一种具有左手性能的双通带滤波器，包括接地板、中央传输线、互补式开口谐振环和开口谐振环，其中互补式开口谐振环蚀刻在接地板上，接地板上设置介质板，中央传输线设置于介质板上，中央传输线两端分别接外部信号输入电缆和输出电缆，中央传输线两侧对称设置开口谐振环，且两个开口谐振环的纵向对称轴与中央传输线的纵向对称轴重合，所述互补式开口谐振环和开口谐振环均设置为正方形；所述中央传输线的纵向对称轴位置处蚀刻出缝隙；其特征在于：所述缝隙呈“凸”字结构，其起始端和结束端分别设置在中央传输线的两个侧边中点上，所述“凸”字结构的对称轴与所述中央传输线的纵向对称轴垂直且与横向对称轴重合；所述蚀刻缝隙的厚度与中央传输线的厚度相等；所述“凸”字结构的凸出部分长度等于开口谐振环边长长度的一半；所述“凸”字结构的缝隙包括：“凸”字结构的两端、凸出部分；其中，“凸”字结构缝隙两端的两侧中央传输线上设置多个通孔至接地板，所述通孔以中央传输线纵向对称轴对称排列，通孔中心与中央传输线纵向对称轴垂直距离为缝隙宽度的2倍，纵向相邻两通孔之间的中心距离为缝隙宽度的2倍；“凸”字结构凸出部分两侧的缝隙中心分别与相邻的通孔中心距离为所述缝隙宽度的2倍。
2.根据权利要求1所述的具有左手性能的双通带滤波器，其特征在于：所述缝隙的宽度范围是0.15mm≤g≤0.30mm，其中g代表缝隙的宽度。
3.根据权利要求2所述的具有左手性能的双通带滤波器，其特征在于：所述缝隙的宽度g=0.2mm。
4.根据权利要求1~3中任一权利要求所述的具有左手性能的双通带滤波器，其特征在于：所述通孔为边长等于缝隙宽度的正方形通孔。
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