CN110323524A - 一种具有双陷波的新型超宽带低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双陷波的超宽带低通滤波器，它属于微波技术领域使用的滤波器，特别涉及平面结构以及spoof SPPs超材料。其组成包括：介质基板(1)、共面波导馈电带线(2a)、共面波导接地面(2b)、梯形孔排列(3a)、扩口面(3b)、spoof SPPs波导带(4a)和环形谐振器(4b)，所述的spoof SPPs波导带位于介质基板表面的中部，环形谐振器位于spoof SPPs波导的正上方并与其有间隙，两个梯形孔排列分别位于spoof SPPs的左右两端并与其紧密相联，四片扩口面分别位于左右两个梯形孔的两侧并与其有间隙，共面波导馈电带线从介质基板边缘引向梯形孔排列并与其紧密相连接，两片共面波导接地面分别固定于共面波导馈电带线两侧且与其有间隙。本发明结构简单，体积小巧，加工方便，成本低。

Description

一种具有双陷波的新型超宽带低通滤波器

技术领域

本发明属于微波技术领域使用的低通滤波器，特别涉及平面结构以及人工表面等

离子体超材料。

背景技术

表面等离子体激元 (Surface Plasmon Polarions，简称 SPPs)，是在金属与介质( 通常是空气 ) 界面上的一种电子和光子的混合激发态，是被约束在金属与介质面的附近范围内传输的表面波。由于 SPPs 能够突破衍射极限的限制，可以实现对电磁场次波长的束缚，因此广泛应用于生物医疗检测、近场光学显微镜、光电子、太阳能光电和纳米光子学等方面。但是在微波频段内，金属表现为完美电导体 (PEC)，在与介质界面上不存在SPPs，其等离子频率一般存在于可见光和紫外波段。2004 年，英国帝国理工大学的 Pendry教授从理论上提出了人工表面等离子体 (spoof SPPs) 的全新概念。2005 年，Hibbins 等人在微波频段上用实验证实了 spoof SPPs 现象。

平面结构，比如共面波导、微带线、基片集成波导等，具有小型化、集成化、易于加工、与其它有源电路元件易于兼容等优点，目前得到了广泛的应用。

低通滤波器，主要是用在发射端前级或者接收端的后级，用于滤除高频信号，获得理想低频信号。微波低通滤波器在噪声和杂散信号抑制方面起重要作用，如今，低通滤波器已不仅仅应用于通信领域，而且广泛应用于 RF 和微波产品，如雷达，无线局域网，微波通信链路，电子电路，微波测量电路，无线传感器和控制等成为了各电子设备中不可或缺的器件，其性能也影响着整个系统的质量。传统的微波低通滤波器由阶跃阻抗结构和缺陷地结构等。

相比于传统的微波低通滤波器，本发明中基于 spoof SPPs 的微波低通滤波器，具有高约束性和可调节性等优点。本发明中的低通滤波器还具有两个陷波带，其中心频率分别在 5.12GHz 和 8.32GHz，能够避免对无线 WLAN 和卫星通信的干扰。

发明内容

本发明设计了一种具有双陷波的新型超宽带低通滤波器。本低通滤波器基于平面结构的 spoof SPPs，其截至频率为 17.4GHz，具有两个陷波带，其中心频率分别为5.12GHz和8.32GHz。发明的滤波器具有结构简单紧凑、易于集成、可调性高、约束性好等优良特性，满足了微波器件小型化、集成化的要求，可以广泛地应用于微波系统中。

本发明所述的技术方案是 ：

一种具有双陷波的新型超宽带低通滤波器，其特征是 ：包括介质基板、共面波导馈电带线、共面波导接地面、扩口面、梯形孔排列、spoof SPPs 波导带和环形谐振器，所述的共

面波导馈电带线、共面波导接地面、扩口面、梯形孔排列、spoof SPPs 波导带和环形谐振器

印刷在介质基板上表面，所述的 spoof SPPs 波导带位于介质基板的中部，环形谐振器位于

spoof SPPs波导的正上方并与其有间隙，两个梯形孔排列分别位于 spoof SPPs的左右两端并与其紧密相联，四片扩口面分别位于左右两个梯形孔的两侧并与其有间隙，共面波导馈电带线从介质基板边缘引向梯形孔排列并与其紧密相连接，两片共面波导接地面分别固定于共面波导馈电带线两侧且与其有间隙。

本发明所述的有益效果是 ：

1、本发明所述的滤波器结构单层印刷电路板工艺即可实现，结构简单紧凑、体积小巧、加工方便、成本低。

2、本发明所述的环形谐振器结构，通过调节谐振器尺寸调整两个陷波频率，实现超宽带通信与忽扰通信系统相互兼容协同通信。

3、本发明所设计的滤波器采用共面波导，印刷在介质基板同一面上，有利于集成。

4、本发明所设计的滤波器，生产成本低廉，便于批量生产。

附图说明

图 1 为本发明低通滤波器的俯视图 ；

图 2 为单个长方形周期孔的示意图 ；

图 3 为梯形孔排列的示意图 ；

图 4 为环形谐振器的示意图 ；

图 5 为本发明低通滤波器的 S 参数图。

以上图片中含有 ：

1 ：介质基板 ；2 ：耦合单元 ；2a ：共面波导馈电带线 ；2b ：共面波导接地面 ；3 ：过渡单元 ；3a ：梯形孔 ；3b ：扩口面 ；4 ：滤波单元 ；4a ：spoof SPPs 波导带 ；4b ：环形谐振器。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。

具体实施 ：

如图 1 所示 ：一种具有双陷波的超宽带带通滤波器，其组成包括 ：介质基板、共面波导馈电带线、共面波导接地面、扩口面、梯形孔排列、spoof SPPs 波导带和环形谐振器，所述的共面波导馈电带线、共面波导接地面、扩口面、梯形孔排列、spoof SPPs 波导带和环形

谐振器印刷在介质基板上表面，所述的 spoof SPPs 波导带位于介质基板的中部，环形谐振

器位于 spoof SPPs 波导的正上方并与其有间隙，两个梯形孔排列分别位于 spoofSPPs 的

左右两端并与其紧密相联，四片扩口面分别位于左右两个梯形孔的两侧并与其有间隙，两

条共面波导馈电带线从介质基板两侧边缘分别引向梯形孔排列并与其紧密相连接，四片共

面波导接地面分别固定于两条共面波导馈电带线两侧且与其有间隙。

所述的介质基板为罗杰斯材质，厚度为 0.76mm，相对介电常数为 3.3，10GHz 损耗角为 0.03.

所述的共面波导馈电带线特性阻抗 50ohm，线长 10mm，线宽 6mm。

所述的共面波导接地面由四片矩形结构构成，其长为 10mm，其宽为 15mm。

所述的共面波导馈电带线和共面波导接地面的间隙为 0.5mm。

所述的扩口面的曲线描述为y＝C1eαx+C2(x1＜x2)，其中，，α＝0.2，四片扩口面的(x1，y1)，(x2，y2)分别为(10，3.5)，(70，18.5)；(10，-3.5)，(70，-18.5) ；(130，18.5)，(190，3.5) ；(130，-18.5)，(190，-3.5)。

所述的 spoof SPPs 波导带由 20 个周期孔排列组成，其周期 p ＝ 5mm，宽度 a＝2mm，深度 h ＝ 4.8mm。单个长方形周期孔，如图 2 所示。

所述的梯形孔排列的周期 p ＝ 5mm，宽度 a ＝ 2mm，深度 h1 ＝ 0.6mm，h2 ＝1.2mm，

h3 ＝ 1.8mm，h4 ＝ 2.4mm，h5 ＝ 3.0mm，h6 ＝ 3.6mm，h7 ＝ 4.2mm，h8 ＝ 4.8mm。梯形孔排列，如图 3 所示。

所述的环形谐振器是在一个圆环内雕刻 8 个周期的孔排列构成，其中圆环的外半径为 10mm，内半径为 4mm，孔排列的周期 p ＝ 5mm，宽度 a ＝ 2mm，深度 h ＝ 4.8mm。环形谐振器，如图 4 所示。

所述 spoof SPPs 波导带与环形谐振器的间隙为 0.2mm。

图 5 为发明新型滤波器的 S 参数曲线图，如图 2 所示，滤波器分别在 5.12GHz和8.32 产生两个陷波点，从而避免对 WLAN 波段和卫星通讯系统的干扰。

Claims (6)

1.一种具有双陷波的超宽带带通滤波器，其组成包括 ：介质基板、共面波导馈电带线、共面波导接地面、扩口面、梯形孔排列、spoof SPPs 波导带和环形谐振器，所述的共面波导馈电带线、共面波导接地面、扩口面、梯形孔排列、spoof SPPs 波导带和环形谐振器印刷在介质基板上表面，所述的 spoof SPPs 波导带位于介质基板的中部，环形谐振器位于spoof

SPPs 波导的正上方并与其有间隙，两个梯形孔排列分别位于 spoof SPPs 的左右两端并与其紧密相联，四片扩口面分别位于左右两个梯形孔的两侧并与其有间隙，两条共面波导馈电带线从介质基板两侧边缘分别引向梯形孔排列并与其紧密相连接，四片共面波导接地面分别固定于两条共面波导馈电带线两侧且与其有间隙。

2.根据权利要求 1 所述的共面波导接地面由四片矩形结构构成。

3.根据权利要求 1 所述的扩口面由四片弧形结构构成。

4.根据权利要求 1 所述的 spoof SPPs 波导带，是在波导带上蚀刻出 20 个周期的矩形孔排列构成。

5.根据权利要求 1 所述的梯形孔排列，是在波导带上蚀刻出 8 个深度 h 成等差数列的矩形孔排列构成。

6.根据权利要求 1 所述的环形谐振器，是在一个圆环内蚀刻出 8 个周期的矩形孔排列构成。