CN107134615B - 一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，涉及悬置微带线滤波器技术领域。该滤波器包括：介质板横向设置在金属腔体内部；介质板的左右两端均设置有SMA接头；介质板的顶面和底面上均印制有微带线结构，微带线结构包括：独立微带线和两两相连微带线结构；两个独立微带线分别与两个所述SMA接头连接，且独立微带线为低阻抗微带线；两两相连微带线结构包括：两个低阻抗微带线和连接两低阻抗微带线的高阻抗微带线；介质板的顶面的每个低阻抗微带线的前后两侧均对称设置有电谐振器，电谐振器为电超材料制成的电谐振器。本发明基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器具有结构紧凑、易于集成、品质因数高、可调性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及悬置微带线滤波器技术领域，更具体的涉及一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器。
背景技术
超材料是近年来学术界的研究热点之一，它具备一些天然材料所不具备的超常物理性质，电超材料(Electric Metamaterials，简称ER)，是指由亚波长单元结构构成的等效介电常数小于1的人工复合材料或复合结构，具体又可分为等效介电常数小于0、等于0以及介于0和1之间的电超材料。对于电谐振器单元结构，当电磁波入射到上面时，如果电磁波电场沿着单元结构左右两个回路的对称轴，则会激发电谐振，产生电流。由于电谐振器既具有电容性部分又具有电感性部分，电谐振器的等效部分为LC谐振回路。当谐振发生时，谐振负区的等效介电常数为负。由此在谐振频段会阻碍电磁波的传输，形成阻带，将带通滤波器阻隔成双通带滤波器。
在悬置微带线滤波器的设计与加工制造中，关于双通带的研究比较少，而传统双通带滤波器的设计具有结构复杂、品质因数较低、阻带可调性低等缺点。
综上所述，现有技术中的双通带悬置微带线滤波器，存在结构复杂和性能差的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，用以解决现有技术中存在双通带悬置微带线滤波器结构复杂和性能差的问题。
本发明实施例提供一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，包括：金属腔体、介质板、微带线结构和电谐振器；
所述介质板横向设置在所述金属腔体内部；所述介质板的左右两端均设置有SMA接头，且两个SMA接头均延伸至所述金属腔体外部；
所述介质板的顶面和底面上均印制有微带线结构，所述微带线结构包括：设置在所述介质板的顶面和底面左右两端的独立微带线，以及设置在所述介质板的顶面和底面中部的两两相连微带线结构；所述介质板的顶面和底面左右两端的独立微带线分别与两个所述SMA接头连接，且所述独立微带线为低阻抗微带线；两两相连微带线结构包括：两个低阻抗微带线和连接两低阻抗微带线的高阻抗微带线；
所述介质板的顶面的每个低阻抗微带线的前后两侧均对称设置有所述电谐振器，所述电谐振器为电超材料制成的电谐振器。
较佳地，所述金属腔体为铝制腔体；所述金属腔体为上下两部分，且所述金属腔体的上下两部分通过螺丝封合。
较佳地，所述金属腔体的厚度为4mm、宽度为10mm和长度为36.5mm。
较佳地，所述介质板的材质为RT-Duroid 5880，以及所述介质板的厚度为0.254mm。
较佳地，所述介质板的顶面与所述金属腔体内壁顶面之间的距离为1mm，以及所述介质板的底面与所述金属腔体内壁底面之间的距离为1mm。
较佳地，所述介质板的顶面的低阻抗微带线的数量为6个，以及所述电谐振器的数量为12个。
本发明实施例中，提供一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，与现有技术相比，其有益效果为：本发明所设计的悬置微带线滤波器属于微带的一种，具有诸如结构紧凑、易于集成、插损小、品质因数高等优点。在加工时需要将介质板悬置于中空的金属盒内，介质板正反面均可印制微带线结构，且距离上下金属壁均有一定距离。由于能量大部分通过介质板与金属内壁之间的空气介质传输，只有少部分能量在介质板中传输，因此需选择介电常数较低的介质板。由于金属腔体的长度和宽度决定着波导的截止频率，因此为了抑制杂波频率的传输，需要合理地选择腔体的长和宽。本发明基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器具有结构紧凑、易于集成、品质因数高、可调性强等优点。本发明的设计原理简易新颖，可成为多通带滤波器设计的一种新思路。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器的剖面实物图；
图2为本发明实施例提供的一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器中介质板顶面和底面尺寸图；
图3为本发明实施例提供的高低阻抗线示意图；
图4为本发明实施例提供的电谐振器原始尺寸图；
图5为本发明实施例提供的悬置微带线双通带滤波器的S参数测试结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器的剖面实物图；其中，图1的上图为介质板顶面结构图，图1的下图为介质板底面结构图。如图1所述，该滤波器包括：金属腔体、介质板、微带线结构和电谐振器。
具体地，介质板横向设置在金属腔体内部；介质板的左右两端均设置有SMA接头，且两个SMA接头均延伸至金属腔体外部。
需要说明的是，金属腔体为铝制腔体；金属腔体为上下两部分，且金属腔体的上下两部分通过螺丝封合。且金属腔体的厚度为4mm、宽度为10mm和长度为36.5mm。
需要说明的是，材质为RT-Duroid 5880的介质板，其介电常数为2.2，厚度为0.254mm,损耗角正切为0.001；介质板的顶面与金属腔体内壁顶面之间的距离为1mm，以及介质板的底面与金属腔体内壁底面之间的距离为1mm。
需要说明的是，两个SMA接头焊接在介质板的输入输出端，可在实际测试时馈电。
需要说明的是，图2为本发明实施例提供的一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器中介质板顶面和底面尺寸图，其中，图2(a)为介质板顶面尺寸图，图2(b)为介质板底面尺寸图。图2中的8个圆孔为固定螺丝孔。
具体地，介质板的顶面和底面上均印制有微带线结构，微带线结构包括：设置在介质板的顶面和底面左右两端的独立微带线，以及设置在介质板的顶面和底面中部的两两相连微带线结构；介质板的顶面和底面左右两端的独立微带线分别与两个SMA接头连接，且独立微带线为低阻抗微带线；两两相连微带线结构包括：两个低阻抗微带线和连接两低阻抗微带线的高阻抗微带线。
较佳地，介质板的顶面的低阻抗微带线的数量为6个，以及电谐振器的数量为12个。
需要说明的是，介质板顶面和底面左端的两个独立微带线均与一个SMA接头连接，以及介质板顶面和底面右端的两个独立微带线均与另一个SMA接头连接。
需要说明的是，图3为本发明实施例提供的高低阻抗线示意图。
具体地，介质板的顶面的每个低阻抗微带线的前后两侧均对称设置有电谐振器，电谐振器为电超材料制成的电谐振器。
需要说明的是，图4为本发明实施例提供的电谐振器原始尺寸图，本发明中的电谐振器尺寸为原始尺寸的0.9倍。
需要说明的是，由于微带线结构两边强烈的电场分布，所以在高阻抗和低阻抗线构成的微带线滤波器两边，并且加载两行属于电超材料的电谐振器单元结构，电谐振器结构会响应强烈的电场分布并在结构中产生表面电流。此外，由于加载的电谐振器本身的对称结构会消除磁谐振的影响，所以其等效为具有确定电容和电感值的L-C谐振回路，在谐振频段中，介电常数为负，在介电常数为负值的频段里的电磁波传输被阻碍，形成两个通带。由此本发明完成了基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器的设计。
图5为本发明实施例提供的悬置微带线双通带滤波器的S参数测试结果，由图5可知：带通滤波器实现了7.2GHz到15.3GHz的通带，较好的带内抑制，截止频率处较理想的品质因数，并且双通带滤波器两通带之间的阻带最大抑制度为-28dB，带外抑制度为-25dB。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，其特征在于，包括：金属腔体、介质板、微带线结构和电谐振器；
所述介质板横向设置在所述金属腔体内部；所述介质板的左右两端均设置有SMA接头，且两个SMA接头均延伸至所述金属腔体外部；
所述介质板的顶面和底面上均印制有微带线结构，所述微带线结构包括：设置在所述介质板的顶面和底面左右两端的独立微带线，以及设置在所述介质板的顶面和底面中部的两两相连微带线结构；所述介质板的顶面和底面左右两端的独立微带线分别与两个所述SMA接头连接，且所述独立微带线为低阻抗微带线；两两相连微带线结构包括：两个低阻抗微带线和连接两低阻抗微带线的高阻抗微带线；
所述介质板的顶面的每个低阻抗微带线的前后两侧均对称设置有所述电谐振器，所述电谐振器为电超材料制成的电谐振器；
所述介质板的材质为RT-Duroid 5880；所述介质板的顶面与所述金属腔体内壁顶面之间的距离为1mm，以及所述介质板的底面与所述金属腔体内壁底面之间的距离为1mm。
2.如权利要求1所述的基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，其特征在于，所述金属腔体为铝制腔体；所述金属腔体为上下两部分，且所述金属腔体的上下两部分通过螺丝封合。
3.如权利要求2所述的基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，其特征在于，所述金属腔体的厚度为4mm、宽度为10mm和长度为36.5mm。
4.如权利要求1所述的基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，其特征在于，所述介质板的厚度为0.254mm。
5.如权利要求1所述的基于电超材料的双通带悬置微带线滤波器，其特征在于，所述质板的顶面的低阻抗微带线的数量为6个，以及所述电谐振器的数量为12个。
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