CN107086338A - 四模缺陷地式滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四模缺陷地式滤波器，包括：四模缺陷地式谐振器和两根微带馈线，所述四模缺陷地式谐振器包括：金属介质板和在所述金属介质板的一表面上刻蚀得到的缺陷地单元，所述微带馈线设置在所述金属介质板的另一表面上，所述缺陷地单元的形状关于所述缺陷地单元的第一中心轴线轴对称，并且所述缺陷地单元的形状关于所述缺陷地单元的第二中心轴线轴对称，所述第一缺陷地单元的形状为H形或者准H形，所述第二缺陷地单元的形状为L形、准L形、U形或者准U形。本发明的四模缺陷地式滤波器可具有较高的上通带选择性和上阻带抑制度。

Description

四模缺陷地式滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，特别是涉及一种四模缺陷地式滤波器。
背景技术
在现代微波通信系统中，带通滤波器(BPFs)需具有良好的选择性，带外抑制度，宽阻带以及小型化结构。传统的基于加载式谐振器的多模BPFs虽然具有较好的选择性，但是存在很多寄生通带。而另一方面，缺陷地式谐振器(DGSR)却具有很多的优点。现有技术中的滤波器的谐振模的可调性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四模缺陷地式滤波器，使该滤波器可具有较高的上通带选择性和上阻带抑制度。
本发明的技术方案如下：
一种四模缺陷地式滤波器，包括：四模缺陷地式谐振器和两根微带馈线，所述四模缺陷地式谐振器包括：金属介质板和在所述金属介质板的一表面上刻蚀得到的缺陷地单元，所述微带馈线设置在所述金属介质板的另一表面上，所述缺陷地单元的形状关于所述缺陷地单元的第一中心轴线轴对称，并且所述缺陷地单元的形状关于所述缺陷地单元的第二中心轴线轴对称，所述第一中心轴线和所述第二中心轴线相互垂直，所述缺陷地单元包括：第一缺陷地单元和四个第二缺陷地单元，所述第一缺陷地单元的形状为H形或者准H形，所述第二缺陷地单元的形状为L形、准L形、U形或者准U形，四个所述第二缺陷地单元的一端分别连接所述第一缺陷地单元的四端，每一所述第二缺陷地单元向所述第一中心轴线延伸并向所述缺陷地单元的中心弯折，四个所述第二缺陷地单元的L形、准L形、U形或者准U形的开口均朝向所述缺陷地单元的四周，位于所述第一中心轴线或者所述第二中心轴线同侧的两个所述第二缺陷地单元之间隔有间隔。
进一步：所述第一缺陷地单元由第一槽线、第二槽线和第三槽线构成，所述第一槽线的一端连接所述第二槽线的中部，所述第一槽线的另一端连接所述第三槽线的中部，所述第二槽线和所述第三槽线平行并均与所述第一槽线垂直；当所述第二缺陷地单元为U形或者准U形，所述第二缺陷地单元包括第四槽线、第五槽线和第六槽线，所述第四槽线的一端连接所述第二槽线或者所述第三槽线的任一端并向所述第一中心轴线延伸，所述第四槽线的另一端连接所述第五槽线的一端，所述第五槽线的另一端连接所述第六槽线的一端并向所述第二中心轴线延伸，所述第四槽线和所述第六槽线平行并均与所述第五槽线垂直。
进一步：所述第六槽线的长度比所述第四槽线的长度短。
进一步：部分所述第一槽线、位于所述第一槽线一侧的所述第二槽线或者所述第三槽线、所述第四槽线、所述第五槽线和所述第六槽线包围的所述金属介质板形成第一极板，所述第一极板的形状为L形，所述第一极板的数量为两个，两个所述第一极板关于所述第一中心轴线轴对称；部分所述第一槽线、位于所述第一槽线另一侧的所述第二槽线或者所述第三槽线、所述第四槽线、所述第五槽线和所述第六槽线包围的所述金属介质板形成第二极板，所述第二极板的形状为L形，所述第二极板的数量为两个，两个所述第二极板关于所述第一中心轴线轴对称。
进一步：部分所述第一槽线和所述第六槽线之间的所述金属介质板形成第一电感LS，所述第一电感LS的数量为四个，位于所述第一槽线同侧的分别形成两个所述第一电感LS的两个所述金属介质板连通，位于所述第一中心轴线同侧的形成所述第一电感LS的所述金属介质板和形成所述第一极板的所述金属介质板连通，位于所述第一中心轴线同侧的形成所述第一电感LS的所述金属介质板和形成所述第二极板的所述金属介质板连通；位于所述第一槽线同侧的两条所述第五槽线之间的所述金属介质板形成第二电感LP，所述第二电感LP的数量为两个，位于所述第一槽线同侧的形成所述第二电感LP的所述金属介质板和分别形成两个所述第一电感LS的两个所述金属介质板连通并形成T形的形状。
进一步：所述缺陷地单元外围的所述金属介质板形成所述金属地平面，形成所述金属地平面的所述金属介质板和形成所述第二电感LP的所述金属介质板连通。
进一步：位于所述第一中心轴线同侧的所述第一极板和所述第二极板形成第一电容CM，所述第一极板或者所述第二极板和所述金属地平面形成第二电容CC。
进一步：所述四模缺陷地式谐振器的第一谐振模的谐振频率为所述四模缺陷地式谐振器的第二谐振模的谐振频率为所述四模缺陷地式谐振器的第三谐振模的谐振频率为所述四模缺陷地式谐振器的第四谐振模的谐振频率为
进一步：两根所述微带馈线均平行于所述第二中心轴线，两根所述微带馈线的一端分别延伸到所述金属介质板的边缘，两根所述微带馈线的另一端分别从所述缺陷地单元的位于对角线上的两角向所述第一中心轴线延伸并终止于靠近所述第二缺陷地单元的L形、准L形、U形或者准U形的闭口处，所述微带馈线和所述第四槽线的位置对应，所述微带馈线的宽度比所述第四槽线的宽度宽。
进一步：所述微带馈线的阻抗是50Ω。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的四模缺陷地式滤波器可具有较高的上通带选择性和上阻带抑制度。
2、本发明的四模缺陷地式滤波器具有四种谐振模，并且该四种谐振模都具有良好的可调性。
附图说明
图1是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的结构示意图一；
图2是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的第一缺陷地单元的结构示意图；
图3是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的第二缺陷地单元的结构示意图；
图4是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的结构示意图二；
图5是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的结构示意图三；
图6是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的等效电路图；
图7是本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的四个谐振模的等效电路图，其中，(a)为第一谐振模的等效电路图，(b)为第二谐振模的等效电路图，(c)为第三谐振模的等效电路图，(d)为第四谐振模的等效电路图；O表示处于奇模状态，E表示处于偶模状态；
图8是本发明实施例的四模缺陷地式滤波器的结构示意图一；
图9是本发明实施例的四模缺陷地式滤波器的结构示意图二；
图10是本发明实施例1的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着第一槽线的宽度的变化示意图及基于电磁仿真软体HFSS的电流分布图，其中a表示W1＝1mm，b表示W1＝3mm，c表示W1＝5mm，1M表示第一谐振模，2M表示第二谐振模，3M表示第三谐振模，4M表示第四谐振模；
图11是本发明实施例2的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着第二槽线的宽度的变化示意图，其中a表示W2＝0.4mm，b表示W2＝1.0mm，c表示W2＝4.0mm，1M表示第一谐振模，2M表示第二谐振模，3M表示第三谐振模，4M表示第四谐振模；
图12是本发明实施例3的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着位于第一槽线同侧的两条第五槽线之间的距离的变化示意图，其中a表示S1＝0.3mm，b表示S1＝0.6mm，c表示S1＝1.0mm，1M表示第一谐振模，2M表示第二谐振模，3M表示第三谐振模，4M表示第四谐振模；
图13是本发明实施例4的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着第六槽线的长度的变化示意图，其中a表示L6＝5.0mm，b表示L6＝5.8mm，c表示L6＝6.5mm，d表示L6＝7.0mm；
图14是本发明实施例5的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着覆盖部分的第四槽线的微带馈线的部分的长度的变化示意图，其中a表示d2＝10.2mm，b表示d2＝11.2mm，c表示d2＝11.7mm，d表示d2＝12.2mm；
图15是本发明实施例6的四模缺陷地式滤波器的实物图；
图16是本发明实施例6的四模缺陷地式滤波器的仿真及测试S参数和辐射损失结果图，其中，M表示测试结果，A表示仿真结果。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例作进一步详细的说明。
本发明公开了一种四模缺陷地式谐振器。如图1～5所示，分别为本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的结构示意图一、第一缺陷地单元的结构示意图、第二缺陷地单元的结构示意图、四模缺陷地式谐振器的结构示意图二和四模缺陷地式谐振器的结构示意图三。
其中，该四模缺陷地式谐振器包括：金属介质板1和在金属介质板1的一表面上刻蚀得到的缺陷地单元2。该缺陷地单元2的形状关于缺陷地单元2的第一中心轴线ab轴对称，并且该缺陷地单元2的形状关于缺陷地单元2的第二中心轴线轴cd对称。第一中心轴线ab和第二中心轴线cd相互垂直。本发明中，定义第一中心轴线ab为将H形或者准H形结构分为左右两半的中心轴线(分成两半后每部分为T形或者准T形)，定义第二中心轴线cd为将H形或者准H形结构分为上下两半的中心轴线(分成两半后每部分为U形或者准U形)。具体的，该缺陷地单元2包括：第一缺陷地单元21和四个第二缺陷地单元22。其中，第一缺陷地单元21的形状为H形或者准H形。本发明中定义的准H形为整体上近似于H形的形状。第二缺陷地单元22的形状为L形、准L形、U形或者准U形。本发明中定义的准L形为整体上近似于L形的形状，例如，L形的一自由端(即不与第一缺陷地单元21连接的一端)可弯折非常小的一段，该非常小的一段的长度相对于该自由端所在边的长度而言非常短。本发明中定义的准U形为整体上近似于U形的形状，例如，U形的一端所在边比另一端所在边短的形状。例如，U形的一自由端(即不与第一缺陷地单元21连接的一端)可再弯折至少一次，该每次弯折后的弯折段的长度相对于该自由端所在边的长度而言非常短，从而使得整体上仍然近似于U形，不会显著影响第二缺陷地单元22的性能。四个第二缺陷地单元22的一端分别连接第一缺陷地单元21的四端。每一第二缺陷地单元22向第一中心轴线ab延伸并向缺陷地单元2的中心弯折。该弯折的次数优选为两次。四个第二缺陷地单元2的L形、准L形、U形或者准U形的开口均朝向缺陷地单元2的四周。位于第一中心轴线ab或者第二中心轴线cd同侧的两个第二缺陷地单元22之间隔有间隔。
上述的缺陷地单元2具有上下和左右均对称的结构，使得该四模缺陷地式谐振器同时具有四个谐振模，每一谐振模的谐振频率具有良好的可调性。
优选的，该第一缺陷地单元21由第一槽线211、第二槽线212和第三槽线213构成。该第一槽线211的一端连接第二槽线212的中部，第一槽线211的另一端连接第三槽线213的中部。第二槽线212和第三槽线213平行并均与第一槽线211垂直，因此，第一槽线211、第二槽线212和第三槽线213构成了H形或者准H形。
优选的，当第二缺陷地单元22为U形或者准U形，该第二缺陷地单元22包括：第四槽线224、第五槽线225和第六槽线226。第四槽线224的一端连接第二槽线212或者第三槽线213的任一端并向第一中心轴线ab延伸，第四槽线224的另一端连接第五槽线225的一端，第五槽线225的另一端连接第六槽线226的一端并向第二中心轴线cd延伸。第四槽线224和第六槽线226平行并均与第五槽线225垂直。其中，第六槽线226的长度比第四槽线224的长度短。因此，第四槽线224、第五槽线225和第六槽线226构成了U形或者准U形。应当理解的是，如果该第二缺陷地单元22为准U形，则还可以包括更多的槽线以形成长度非常小的弯折段，使该第二缺陷地单元22整体上仍然为近似于U形的结构，基本保持其主要性能。
当第二缺陷地单元22为L形或者准L形，该第二缺陷地单元22也可通过相应的槽线形成L形或者准L形的结构。
优选的，部分第一槽线211、位于第一槽线211一侧的第二槽线212或者第三槽线213、位于第一槽线211一侧的同一第二缺陷地单元22中的第四槽线224、第五槽线225和第六槽线226包围的金属介质板形成第一极板31。第一极板31的形状为L形。第一极板31的数量为两个(分别为与第二槽线212围成的金属介质板和与第三槽线213围成的金属介质板)。两个第一极板31关于第一中心轴线ab轴对称。部分第一槽线211、位于第一槽线211另一侧的第二槽线212或者第三槽线213、位于第一槽线211另一侧的同一第二缺陷地单元22中的第四槽线224、第五槽线225和第六槽线226包围的金属介质板形成第二极板32。第二极板32的形状为L形。第二极板32的数量为两个(分别为与第二槽线212围成的金属介质板和与第三槽线213围成的金属介质板)。两个第二极板32关于第一中心轴线ab轴对称。
部分第一槽线211和第六槽线226之间的金属介质板形成第一电感LS，因为有四个第二缺陷地单元21，因此有四条第六槽线226，每一第六槽线226均可和对应的部分第一槽线211形成第一电感LS。因此，第一电感LS的数量为四个。位于第一槽线211同侧的分别形成两个第一电感LS的两个金属介质板连通。位于第一中心轴线ab同侧的形成第一电感LS的金属介质板和形成第一极板31的金属介质板连通。位于第一中心轴线ab同侧的形成第一电感LS的金属介质板和形成第二极板32的金属介质板连通。
位于第一槽线211同侧的两条第五槽线225之间的金属介质板形成第二电感LP。因为第一槽线211的两侧各有两条第五槽线225，因此，第二电感LP的数量为两个。位于第一槽线211同侧的形成第二电感LP的金属介质板和分别形成两个第一电感LS的两个金属介质板连通并形成T形的形状。
缺陷地单元2外围的金属介质板形成金属地平面11。形成金属地平面11的金属介质板和形成第二电感LP的金属介质板连通。
位于第一中心轴线ab同侧的第一极板31和第二极板32形成第一电容CM，第一极板31或者第二极板32和金属地平面11形成第二电容CC。
通过上述的结构设计，可以提取出该四模缺陷地式谐振器的四个谐振模的等效电路。由于该四模缺陷地式谐振器的缺陷地单元2的形状不仅关于第一中心轴线ab对称，也关于第二中心轴线cd对称，因此，可以采用两次奇/偶模理论来为每一种谐振模提取出等效电路，具体过程如下：
如图6所示，为本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的等效电路。第一中心轴线ab在奇模中相当于短路，可以看作是一个虚拟的接地面。当第一中心轴线ab相当于短路时，则电流不会通过第二电感LP，第二电感LP＝0。第一中心轴线ab在偶模中相当于开路。当第一中心轴线ab相当于开路时，则形成第二电感LP的金属介质板相当于被剖成了两半。由于电感的大小和金属的粗细有关，因此，第一中心轴线ab相当于开路时的第二电感LP的大小是原来的第二电感LP的大小的两倍，即此时第二电感LP的大小为2LP。同样的，第二中心轴线cd在奇模中相当于短路，可以看作是一个虚拟的接地面。当第二中心轴线cd短路时，则第一电容CM的两极板之间的距离相当于缩短了一半。由于电容的大小和极板之间的距离有关，因此，第二中心轴线cd相当于短路时的第一电容CM的大小是原来的第一电容CM的大小的两倍，即此时第一电容CM的大小为2CM。第二中心轴线cd在偶模中相当于开路，则第一电容CM中没有电荷，第一电容CM＝0。
由于谐振频率的计算公式为：其中L为电路中的电感的大小，C为电路中电容的大小。因此，通过上述的结构设计，该四模缺陷地式谐振器形成的四个谐振模的谐振频率具体如下：
如图7(a)所示，为本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的第一谐振模的等效电路。当第一中心轴线ab为偶模，第二中心轴线cd为奇模，则第一中心轴线ab相当于开路，第二中心轴线cd相当于短路，则第一谐振模的谐振频率为
如图7(b)所示，为本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的第二谐振模的等效电路。当第一中心轴线ab为偶模，第二中心轴线cd为偶模，则第一中心轴线ab相当于开路，第二中心轴线cd相当于开路，则第二谐振模的谐振频率为
如图7(c)所示，为本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的第三谐振模的等效电路。当第一中心轴线ab为奇模，第二中心轴线cd为奇模，则第一中心轴线ab相当于短路，第二中心轴线cd相当于短路，则第三谐振模的谐振频率为
如图7(d)所示，为本发明实施例的四模缺陷地式谐振器的第四谐振模的等效电路。当第一中心轴线ab为奇模，第二中心轴线cd为偶模，则第一中心轴线ab相当于短路，第二中心轴线cd相当于开路，则第四谐振模的谐振频率为
通过上述谐振频率的计算可知，通过调节CC、CM、LS和LP的大小可以相应地调节本发明的四模缺陷地式谐振器的四个谐振模的谐振频率。由于电容和极板的面积及极板之间的距离有关，电感和金属线的长度及粗细有关，因此，通过调节缺陷地单元2的各个部分的尺寸可以相应地调节CC、CM、LS和LP的大小，从而实现了该四模缺陷地式谐振器的四个谐振模的谐振频率的较好的可调性。其中，第一槽线211的长度为L1，第一槽线211的宽度为W1。第二槽线212和第三槽线213的长度相等，均为L2，第二槽线212和第三槽线213的宽度相等，均为W2。第四槽线224的长度为L4，第四槽线224的宽度为W4。第五槽线225的长度为L5。第六槽线226的长度为L6，第六槽线226的宽度为W6。位于第一槽线211同侧的两条第五槽线225之间的距离为S1。第一槽线211和第六槽线226之间的距离为S2。通过调节上述的尺寸，可以调节相应的四个谐振模的谐振频率。例如，第一电容CM的值主要取决于W1，即第一极板31和第二极板32之间的距离。第二电容CC的值由第一极板31和第二极板32的面积以及这两个极板距金属地平面11之间的距离决定，因此，第二电容CC的值受L2、L5’(L5’＝L5-W4-W6)、L6、W2以及W4的影响，前三个参数决定了第二电容CC的第一极板31或者第二极板32的尺寸，后两个参数决定了第二电容CC的第一极板31或者第二极板32到金属地平面11之间的距离。第一电感LS的值主要由L5’、L6、W1和S2决定。第二电感LP的值主要由L5’、L6、W1和S1决定。
本发明还公开了一种四模缺陷地式滤波器。如图8和9所示分别为本发明实施例的四模缺陷地式滤波器的结构示意图一和二。
该四模缺陷地式滤波器包括：上述的四模缺陷地式谐振器和两根微带馈线4。该微带馈线4设置在金属介质板1的另一表面上。
该微带馈线4在金属介质板1的另一表面上对缺陷地式谐振器馈电，微带馈线4的位置和长度均没有限定，只要微带馈线4和谐振器之间能够进行电磁能量耦合即可。
优选的，该微带馈线4可以垂直于缺陷地单元2，也可以和缺陷地单元2之间具有一定的角度。
更优选的，两根微带馈线4均平行于第二中心轴线cd。两根微带馈线4的一端分别延伸到金属介质板1的边缘，两根微带馈线4的另一端分别从缺陷地单元2的位于对角线上的两角向第一中心轴线ab延伸并终止于靠近第二缺陷地单元22的L形、准L形、U形或者准U形的闭口处。应当理解的是，由于对微带馈线4的长度并没有限定，只要微带馈线4可与缺陷地单元2在任一方向上至少部分重叠即可。例如，由于微带馈线4与缺陷地单元2分别在金属介质板1的相对的两个表面上，因此微带馈线4与缺陷地单元2在竖直方向上是可以重叠的。
通过上述的结构设计，除使得该四模缺陷地式滤波器的四个谐振模具有良好的可调性外，还由于该四模缺陷地式谐振器和微带馈线4之间耦合而产生了传输零点，使得该四模缺陷地式滤波器可具有较高的上通带选择性和上阻带抑制度。
优选的，微带馈线4和第四槽线224的位置对应。微带馈线4的宽度比第四槽线224的宽度宽，使得微带馈线4覆盖部分的第四槽线224。微带馈线4的另一端终止于靠近第五槽线225处，并未接触到第五槽线225。优选的，微带馈线4的阻抗是50Ω。微带馈线4的宽度为W0。微带馈线4的靠近第二中心轴线cd的边缘到第四槽线224的远离第二中心轴线cd的边缘的距离为d1。覆盖部分的第四槽线224的微带馈线4的部分的长度为d2。应当理解的是，上述仅仅是优选的技术方案，微带馈线4不必须终止于靠近第五槽线225的位置，也可以覆盖该第五槽线225。
对于本发明的四模缺陷地式滤波器，通过调节S1可以有效调节下截止频率，通过改变L6可以有效调节上截止频率。由于微带馈线4和第三谐振模、第四谐振模之间的不同的耦合强度使得第一传输零点fZ1靠近第四谐振模。此外，由于微带馈线4和四模缺陷地式谐振器之间的耦合，会产生第二传输零点fZ2，通过调节微带馈线4的长度可以很容易地调节fZ2的大小。随着d2的增大，fZ2的谐振频率减少，同时fZ1没有明显的变化，利用这一点可以有效的调节第二零点上阻带抑制度。
下面通过具体的是实施例对本发明的四模缺陷地式谐振器和滤波器的特性进行验证。下述实施例中，通过罗杰斯RO4350B板，仿真了该四模缺陷地式谐振器和滤波器在弱耦合情况下的传输响应。其中，金属介质基板的介电常数，厚度和损耗因子分别为3.48，0.762mm和0.004。
实施例1
实施例1中该缺陷地单元的各个部分的尺寸如下：W2＝0.4mm，W4＝W6＝0.4mm，L1＝22.8mm，L2＝9.4mm，L4＝13.7mm，L5’＝L5-W4-W6＝0.8mm，L6＝5.8mm，S1＝0.6mm，S2＝0.3mm。实施例1中的W1分别为1mm、3mm和5mm。
如图10所示，为本发明实施例1的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着第一槽线的宽度的变化示意图及基于电磁仿真软体HFSS的电流分布图。从图10中可以看出，随着W1的增加，第一谐振模和第四谐振模的谐振频率逐渐靠近，同时第二谐振模和第三谐振模的谐振频率几乎保持不变。产生此种变化的主要原因是在缺陷地单元的其他尺寸保持不变的情况下，随着W1的增加，第一电感LS变细，则第一电感LS增大；第一电容CM的距离变大，第二电容CC的面积减小，则第一电容CM和第二电容CC减小。该图中还示出了在四个谐振模的谐振频率下，该四模缺陷地式谐振模的电流分布情况。从该电流的分布情况可以明显观察到，在第一谐振模和第二谐振模的情况下，电流通过第一电感LS和第二电感LP从一边的金属介质板流入金属地平面，在第三谐振模和第四谐振模情况下，电流只流经第一电感LS。从图中还可以看出，由于微带馈线和第三谐振模、第四谐振模之间的不同的耦合强度使得第一传输零点fZ1靠近第四谐振模。
通过实施例1说明，在保持缺陷地单元的其他尺寸不变的情况下，改变第一槽线的宽度W1的大小，可以在几乎不影响第二谐振模和第三谐振模的谐振频率的同时调节第一谐振模和第四谐振模的谐振频率。
实施例2
实施例2中该缺陷地单元的各个部分的尺寸如下：W1＝4mm，W4＝W6＝0.4mm，L1＝22.8mm，L2＝9.4mm，L4＝13.7mm，L5’＝L5-W4-W6＝0.8mm，L6＝5.8mm，S1＝0.6mm，S2＝0.3mm。实施例2中的W2分别为0.4mm、1.0mm和4.0mm。
如图11所示，为本发明实施例2的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着第二槽线的宽度的变化示意图。从图11中可以看出，通过改变W2可以很容易的调节第二谐振模和第三谐振模的谐振频率。当W2增大时，第二谐振模和第三谐振模会明显朝着高频处移动。产生这种现象的主要原因是随着W2增大，第一极板或者第二极板和金属地平面之间的距离增大，CC的值减小。
通过实施例2说明，在保持缺陷地单元的其他尺寸不变的情况下，改变第一槽线的宽度W2的大小，可以在几乎不影响第二谐振模和第三谐振模的谐振频率的同时调节第一谐振模和第四谐振模的谐振频率。
实施例3
实施例3中该缺陷地单元的各个部分的尺寸如下：W1＝4mm，W2＝0.4mm，W4＝W6＝0.4mm，L1＝22.8mm，L2＝9.4mm，L4＝13.7mm，L5’＝L5-W4-W6＝0.8mm，L6＝5.8mm，S2＝0.3mm。实施例3中的S1分别为0.3mm、0.6mm和1.0mm。
如图12所示，为本发明实施例3的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着位于第一槽线同侧的两条第五槽线之间的距离的变化示意图。从图12中可以看出，通过改变S1可以很好的独立调节第二电感LP的值。当S1增大时，只有第一谐振模和第二谐振模朝着更高的频率处移动。这是因为S1的增大会使第二电感LP变粗，从而显著影响LP的值，对其他的尺寸的影响较小。由于S1增大时，只有第一谐振模和第二谐振模朝着更高的频率处移动，因此，通过调节S1可以有效调节下截止频率。
通过实施例3说明，在保持缺陷地单元的其他尺寸不变的情况下，改变第一槽线同侧的两条第五槽线之间的距离S1的大小，可以在几乎不影响第三谐振模和第四谐振模的谐振频率的同时调节第一谐振模和第二谐振模的谐振频率，并可以有效调节下截止频率。
实施例4
实施例4中该缺陷地单元的各个部分的尺寸如下：W1＝4mm，W2＝0.4mm，W4＝W6＝0.4mm，L1＝22.8mm，L2＝9.4mm，L4＝13.7mm，L5’＝L5-W4-W6＝0.8mm，S1＝0.6mm，S2＝0.3mm。实施例4中的L6分别为5.0mm、5.8mm、6.5mm和7.0mm。
如图13所示，为本发明实施例4的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着第六槽线的长度的变化示意图。从图13中可以看出，通过改变L6可以有效调节上截止频率，这主要是因为L6增加时，第一电感LS的长度增加，第一电感LS的大小会大幅度增加，同时该LS的长度增加对极板的面积影响较小，因此，第一电容CM和第二电容CC只会减小很小一部分。所以，第二谐振模，第三谐振模以及第四谐振模的谐振频率相对第一谐振模的谐振频率变化更大，因此，可以有效调节上截止频率。
通过实施例4说明，在保持缺陷地单元的其他尺寸不变的情况下，改变第六槽线L6的长度的大小，可以有效调节下截止频率。
实施例5
实施例5中该缺陷地单元的各个部分的尺寸如下：W1＝4mm，W2＝0.4mm，W4＝W6＝0.4mm，L1＝22.8mm，L2＝9.4mm，L4＝13.7mm，L5’＝L5-W4-W6＝0.8mm，L6＝5.8mm，S1＝0.6mm，S2＝0.3mm。实施例5中的微带馈线的d2分别为10.2mm、11.2mm、11.7mm和12.2mm。
如图14所示，为本发明实施例5的四模缺陷地式谐振器和滤波器的弱耦合传输响应随着覆盖部分的第四槽线的微带馈线的部分的长度的变化示意图。从图14中可以看出，随着d2的增大，fZ2的谐振频率减少，同时fZ1没有明显的变化，利用这一点可以有效的调节第二零点的上阻带抑制度。
通过实施例5说明，在保持缺陷地单元的尺寸不变的情况下，改变d2大小，可以有效调节第二零点的上阻带抑制度。
实施例6
如图15所示，为本发明实施例6的四模缺陷地式滤波器的实物图。该实施例6中该四模缺陷地滤波器的各个部分的尺寸如下：W0＝1.7mm，W1＝5.6mm，W2＝3mm，W4＝W6＝0.4mm，L1＝22.8mm，L2＝9.4mm，L4＝10.7mm，L5’＝L5-W4-W6＝0.8mm，L6＝5.8mm，S1＝0.6mm，S2＝0.3mm，d1＝0.7mm，d2＝10.7mm。
如图16所示，为本发明实施例6的四模缺陷地式滤波器的仿真及测试S参数和辐射损失结果图。从图中可以看出，在上截止频率附近有两个传输零点。测量的中心频率(f0)和相对带宽(FBW)分别为2.45GHz和32％。中心频率插入损耗(IL)大约为1.98dB，上阻带在频率高至7.8GHz(3.2f0)时仍具有-30dB的抑制度，在频率高至30GHz时仍具有-16dB的抑制度。而且该滤波器上通带选择性高达302dB/GHz。如表1所示，为实施例6的四模缺陷地式滤波器和现有技术中的滤波器的性能对比。其中，现有技术1的滤波器为文献1(P.Mondal andA.Chakrabarty,“Compact wideband bandpass filters with wide upper stopband,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.17,no.1,pp.31–33,Jan.2007)中的滤波器。现有技术2的滤波器为文献2(P.Mondal,M.Mandal,and A.Chakrabarty,“Compact ultra-wideband bandpass filter with improved upper stopband,”IEEE Microw.WirelessCompon.Lett.,vol.17,no.9,pp.643–645,Sep.2007)中的滤波器。现有技术3的滤波器为文献3(B.Peng,S.Li,B.Zhang,and S.Wang,“Compact multimode bandpass filters withwide upper stopband using dual-mode dgs resonators,”Proc.Asia-PacificMicrow.Conf.2014,pp.1217–1219,Nov.2014)中的滤波器。现有技术4的滤波器为文献4(H.Liu,L.Shen,Y.Jiang,X.Guan,S.Wang,L.Shi,and D.Ahn,“Triplemode bandpassfilter using defected ground waveguide,”Electron.Lett.,vol.47,no.6,pp.388–389,Mar.2011)中的滤波器。现有技术5的滤波器为文献5(A.Ebrahimi,W.Withayachumnankul,S.Al-Sarawi,and D.Abbott,“Compact dual-mode widebandfilter based on complementary split-ring resonator,”IEEE Microw.WirelessCompon.Lett.,vol.24,no.3,pp.152–154,Mar.2014)中的滤波器。与表1中其他相关滤波器相比，本发明的四模缺陷地式滤波器的上通带选择性高达302dB/GHz，在频率至30GHz(12.2f0)时阻带抑制度低于-16dB，因此对于上通带选择性和谐波抑制，实施例6的四模缺陷地式滤波器具有很好的性能。仿真和测量结果具有很好的一致性。上截止频率附近的IL，FBW主要是由于制作上的偏差和连接件误差造成的。
表1实施例6的四模缺陷地式滤波器和现有技术中的滤波器的性能对比
综上所述，本发明设计了一种新型的四模缺陷地式谐振器，该谐振器具有四个谐振模，并且四个谐振模的谐振频率具有较好的可调性，通过改变相应的谐振器的尺寸可以很便捷的对四个谐振模的谐振频率进行调节。本发明还通过该四模缺陷地式谐振器构建了一种新型的四模缺陷地式滤波器。该四模缺陷地式滤波器具有很好的上通带选择性和带外抑制。根据四个谐振模的设计曲线图以及传输零点，可以很容易的确定四模缺陷地式滤波器的设计参数。
以上对本发明的技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

Claims (10)

1.一种四模缺陷地式滤波器，包括：四模缺陷地式谐振器和两根微带馈线，所述四模缺陷地式谐振器包括：金属介质板和在所述金属介质板的一表面上刻蚀得到的缺陷地单元，所述微带馈线设置在所述金属介质板的另一表面上，其特征在于：
所述缺陷地单元的形状关于所述缺陷地单元的第一中心轴线轴对称，并且所述缺陷地单元的形状关于所述缺陷地单元的第二中心轴线轴对称，所述第一中心轴线和所述第二中心轴线相互垂直，所述缺陷地单元包括：第一缺陷地单元和四个第二缺陷地单元，所述第一缺陷地单元的形状为H形或者准H形，所述第二缺陷地单元的形状为U形或者准U形，四个所述第二缺陷地单元的一端分别连接所述第一缺陷地单元的四端，每一所述第二缺陷地单元向所述第一中心轴线延伸并向所述缺陷地单元的中心弯折，四个所述第二缺陷地单元的L形、准L形、U形或者准U形的开口均朝向所述缺陷地单元的四周，位于所述第一中心轴线或者所述第二中心轴线同侧的两个所述第二缺陷地单元之间隔有间隔。
2.如权利要求1所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：
所述第一缺陷地单元由第一槽线、第二槽线和第三槽线构成，所述第一槽线的一端连接所述第二槽线的中部，所述第一槽线的另一端连接所述第三槽线的中部，所述第二槽线和所述第三槽线平行并均与所述第一槽线垂直；
当所述第二缺陷地单元为U形或者准U形，所述第二缺陷地单元包括第四槽线、第五槽线和第六槽线，所述第四槽线的一端连接所述第二槽线或者所述第三槽线的任一端并向所述第一中心轴线延伸，所述第四槽线的另一端连接所述第五槽线的一端，所述第五槽线的另一端连接所述第六槽线的一端并向所述第二中心轴线延伸，所述第四槽线和所述第六槽线平行并均与所述第五槽线垂直。
3.如权利要求2所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：所述第六槽线的长度比所述第四槽线的长度短。
4.如权利要求2所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：
部分所述第一槽线、位于所述第一槽线一侧的所述第二槽线或者所述第三槽线、所述第四槽线、所述第五槽线和所述第六槽线包围的所述金属介质板形成第一极板，所述第一极板的形状为L形，所述第一极板的数量为两个，两个所述第一极板关于所述第一中心轴线轴对称；
部分所述第一槽线、位于所述第一槽线另一侧的所述第二槽线或者所述第三槽线、所述第四槽线、所述第五槽线和所述第六槽线包围的所述金属介质板形成第二极板，所述第二极板的形状为L形，所述第二极板的数量为两个，两个所述第二极板关于所述第一中心轴线轴对称。
5.如权利要求4所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：
部分所述第一槽线和所述第六槽线之间的所述金属介质板形成第一电感LS，所述第一电感LS的数量为四个，位于所述第一槽线同侧的分别形成两个所述第一电感LS的两个所述金属介质板连通，位于所述第一中心轴线同侧的形成所述第一电感LS的所述金属介质板和形成所述第一极板的所述金属介质板连通，位于所述第一中心轴线同侧的形成所述第一电感LS的所述金属介质板和形成所述第二极板的所述金属介质板连通；
位于所述第一槽线同侧的两条所述第五槽线之间的所述金属介质板形成第二电感LP，所述第二电感LP的数量为两个，位于所述第一槽线同侧的形成所述第二电感LP的所述金属介质板和分别形成两个所述第一电感LS的两个所述金属介质板连通并形成T形的形状。
6.如权利要求5所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：所述缺陷地单元外围的所述金属介质板形成所述金属地平面，形成所述金属地平面的所述金属介质板和形成所述第二电感LP的所述金属介质板连通。
7.如权利要求6所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：位于所述第一中心轴线同侧的所述第一极板和所述第二极板形成第一电容CM，所述第一极板或者所述第二极板和所述金属地平面形成第二电容CC。
8.如权利要求7所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：
所述四模缺陷地式谐振器的第一谐振模的谐振频率为 <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <msqrt> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>S</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>P</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>C</mi> <mi>M</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
所述四模缺陷地式谐振器的第二谐振模的谐振频率为 <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <msqrt> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>S</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>P</mi> </msub> <mo>)</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>C</mi> </msub> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
所述四模缺陷地式谐振器的第三谐振模的谐振频率为 <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>S</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>C</mi> <mi>M</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
所述四模缺陷地式谐振器的第四谐振模的谐振频率为
9.如权利要求8所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：两根所述微带馈线均平行于所述第二中心轴线，两根所述微带馈线的一端分别延伸到所述金属介质板的边缘，两根所述微带馈线的另一端分别从所述缺陷地单元的位于对角线上的两角向所述第一中心轴线延伸并终止于靠近所述第二缺陷地单元的L形、准L形、U形或者准U形的闭口处，所述微带馈线和所述第四槽线的位置对应，所述微带馈线的宽度比所述第四槽线的宽度宽。
10.如权利要求2所述的四模缺陷地式滤波器，其特征在于：所述微带馈线的阻抗是50Ω。
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