CN108539357A - 一种基于埋地类插指结构的微带谐振器以及微带滤波器 - Google Patents

一种基于埋地类插指结构的微带谐振器以及微带滤波器 Download PDF

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魏斌
曹必松
郭旭波
姜立楠
骆晨杰
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Abstract

本发明公开了一种基于埋地类插指结构的微带谐振器以及微带滤波器，将原有谐振器一个开口端通过微带线与埋地类插指结构相连接，就能够与地面形成插指结构，因此可以方便地加载在各种谐振器结构中，也可以应用于传统插指结构不能加载的四分之一波长结构，以此来得到更高的阻抗比。并且由于插指结构的整体是埋在地结构里面的，导致插指结构对于谐振器之间的耦合影响非常小，因此使用该结构设计的宽抑制滤波器带宽选择范围较大。

Description

一种基于埋地类插指结构的微带谐振器以及微带滤波器
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种基于埋地类插指结构的微带谐振器以及微带滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，越来越多的通信频段被开发利用，空间电磁环境变得十分复杂。高性能的微波接收机前端需要有高性能的滤波器，理想的滤波器能够将所需要频段的信号筛选出来并且将其余频段的信号完全滤除，实际的滤波器响应只能尽可能去接近理想滤波器响应。微带滤波器作为平面微波器件，其谐振器除了在设计的基频谐振外，还会在满足边界条件的各个倍频谐振。因此除了基频信号会通过滤波器外，各个倍频信号也会经由谐振器的谐振与耦合通过滤波器进入通信系统。为了提高通信系统的抗干扰能力，需要在较宽频段内都有着高抑制度的宽抑制滤波器。
宽抑制滤波器的实现方法可以分为滤波器层面实现，多谐振器层面实现与单谐振器层面实现。滤波器层面实现宽抑制滤波器是通过单层或多层结构将带通滤波器与带阻滤波器设计在同一个电路里，这种方式应用范围广，普适性强，但是会增加设计与制作的复杂度。从多谐振器层面出发实现宽抑制滤波器的方法有交错倍频法，非相邻耦合或馈线引入陷波点法，这两种方法得到的宽抑制滤波器带外的抑制度都不够高。从单谐振器层面实现宽抑制滤波器，即通过设计单个谐振器结构提高倍频比，这是设计宽抑制滤波器最基础也是最根本的办法。
现有的从单谐振器层面实现宽抑制滤波器的方法有阶跃阻抗谐振器结构，加载插指电容谐振器结构以及四分之一波长谐振器器结构等。阶跃阻抗结构是通过改变谐振器不同部分的阻抗比，得到倍频比较高的谐振器。高低阻抗微带线的阻抗比越高，谐振器的宽抑制特性越好。因此想要得到倍频比高的阶跃阻抗谐振器，就需要很宽的低阻微带线，相应的谐振器的尺寸就会明显增大。四分之一波长谐振器通过接地块(超导)或过孔(常规导体)将谐振器的一端接地，改变谐振器谐振的边界条件，使得在偶数倍频的时候谐振器不再谐振，第一个寄生谐频就处于基频的3倍处。该方法的缺点是一端要接地，并且倍频比不够高，需要与其他方法共同使用。如图1和2所示，加载插指电容的谐振器即通过在谐振器的两个末端引入交错的微带线，处于基频时两端的微带线上带有相反的电荷，而处于二倍频时两端微带线带有相同的电荷，因此可以在不影响谐振器二倍频的情况下减小基频频率，达到提高阻抗比的效果。这种方法有以下缺点：由于要在两个末端同时加载插指，插指结构不独立，因此在很多谐振器结构(如四分之一波长谐振器的一端需要接地)上都不能使用；插指结构会严重影响原有谐振器的电磁分布，电场被束缚在谐振器开口端，只能用于窄带滤波器设计。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于埋地类插指结构的微带谐振器以及滤波器，可以提高滤波器的宽抑制能力。
一种微带谐振器，所述谐振器的一端接有插指结构；所述插指结构埋在地平面内，其一端连接谐振器，另一端连接所述地平面。
较佳的，当所述谐振器为单螺旋结构的四分之一波长谐振器时，单螺旋结构的内部和外部分别设有互联的两个矩形金属块，外部的矩形金属块接所述地平面。
一种基于上述微带谐振器的滤波器，包括至少两节所述微带谐振器；所述滤波器的输入馈线或者输出馈线通过插指结构与微带谐振器耦合。
较佳的，所述滤波器从上到下包括4层结构，依次为：点焊层、导体层、介质层和接地层；点焊层材料为Au；导体层和接地层为超导薄膜；介质层材料为MgO、LaAlO3或蓝宝石材料。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了基一种于埋地类插指结构的微带谐振器以及滤波器，将原有谐振器一个开口端通过微带线与埋地类插指结构相连接，就能够与地面形成插指结构，因此可以方便地加载在各种谐振器结构中，也可以应用于传统插指结构不能加载的四分之一波长结构，以此来得到更高的阻抗比。并且由于插指结构的整体是埋在地结构里面的，导致插指结构对于谐振器之间的耦合影响非常小，因此使用该结构设计的宽抑制滤波器带宽选择范围较大。
附图说明
图1为现有的加载插指结构的弯折型谐振器结构图；
图2为现有的加载插指结构的直线型谐振器结构图；
图3是微带滤波器基片的截面图；
图4(a)是加载埋地类插指结构的二分之一波长谐振器；图4(b)是图4(a)的等效模型；
图5(a)是加载埋地类插指结构的四分之一波长谐振器；图5(b)是图5(a)的等效模型；
图6是本发明提供的实施例的加载埋地类插指结构的四分之一波长谐振器；
图7是谐振器与馈线之间的耦合方式；
图8是本发明提供的实施例的谐振器拓扑图；
图9是图8滤波器的宽频电磁仿真曲线。
其中，1-点焊层,2-导体层,3-介质层,4-接地层。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提出的埋地类插指结构如图4(a)，图5(a)虚线框内所示，插指结构的一端埋在地平面内，另一端则直接与谐振器主体结构相连。图4(a)和(b)为加载了埋地类插指结构的二分之一波长谐振器及其等效模型，图5(a)和(b)为加载了埋地类插指结构的四分之一波长谐振器及其等效模型。除此之外埋地类插指结构还可以方便地加载在各种谐振器结构的开口端。埋地类插指结构可以等效为与谐振器相连的一个接地电容，该电容在基频与谐频处均起着减小谐振频率的作用，但是在基频处的作用更大，因此可以增加谐振器的倍频比。埋地类插指结构的作用与插指的长度以及数量有关，在实际应用中插指的数量与长度都会增加。
图6是利用本发明提出的一个加载了埋地类插指结构的四分之一波长谐振器，谐振器所用基片为0.5mm厚的MgO基片，超导薄膜为钇钡铜氧(YBCO)薄膜。虚线框内部分为埋地类插指结构，插指结构的长度L1为2mm，插指结构整体宽度W1为2.18mm。单根插指的宽度a1为0.02mm，插指之间间隔b1为0.02mm。谐振器其余部分是一个单螺旋四分之一波长结构，线宽a2为0.04mm，间距b2为0.02mm。单螺旋结构各线条长度L2为3.58mm，W2为3.9mm，L5为1.58mm。四分之一波长谐振器的接地端连接长W4为1mm，宽L4为0.4mm的方形矩形块；谐振器的单螺旋结构下方设有的方形矩形块通过长L3为1.48mm，宽W3为0.48mm的微带线与地结构相连。两个方形矩形块之间通过点焊丝连接，从而实现四分之一波长谐振器的接地。
图7是图4所示谐振器与馈线之间的耦合，耦合采用插指电容的结构实现，插指结构一端连接馈线，另一端接到谐振器的非接地一端，即接有埋地插指结构的一端；用于耦合的插指电容的结构尺寸为：单个插指的宽度a3为0.04mm，长度L6为0.68mm，插指之间的间隔b3为0.04mm，插指结构的整体长度W5为3.44mm。馈线的长度L8为2.1mm，宽度W6为0.48mm，馈线与插指结构之间通过长L7为0.88mm，宽为0.04mm的微带线相连。
使用以上谐振器与馈线耦合设计的四节宽抑制滤波器如图8所示，滤波器为轴对称结构，第一二节谐振器之间间距和第三四节谐振器之间间距均为0.72mm，第二三节谐振器之间间距为0.88mm。谐振器下方的接地块通过跳线与盒壁相连。该滤波器的仿真结果如图9，谐振器的中心频率位于201MHz，可保持75dB带外抑制直到1811MHz，寄生通带位于9倍基频处，说明本结构有着良好的宽抑制能力。
本实施例中，微带滤波器使用基片结构如图3，基片的点焊层1为Au，作为点焊用；基片的导体层2和接地层4为超导薄膜，基片的介质层3为MgO,LaAlO3或蓝宝石材料。其中导体层2为滤波器平面电路层。
上述实施例只是举例对本发明进行说明，但是本发明并不局限于此，通过在谐振器的一端加载埋地插指结构实现滤波器的宽抑制也属于本发明的应用方式。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微带谐振器，其特征在于，所述谐振器的一端接有插指结构；所述插指结构埋在地平面内，其一端连接谐振器，另一端连接所述地平面。
2.如权利要求1所述的微带谐振器，其特征在于，当所述谐振器为单螺旋结构的四分之一波长谐振器时，单螺旋结构的内部和外部分别设有互联的两个矩形金属块，外部的矩形金属块接所述地平面。
3.一种基于权利要求1或者2所述的微带谐振器的滤波器，其特征在于，包括至少两节所述微带谐振器；所述滤波器的输入馈线或者输出馈线通过插指结构与微带谐振器耦合。
4.如权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器从上到下包括4层结构，依次为：点焊层、导体层、介质层和接地层；点焊层材料为Au；导体层和接地层为超导薄膜；介质层材料为MgO、LaAlO3或蓝宝石材料。
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