CN111864324A - 一种基于csrr的小型双频带通滤波器 - Google Patents

一种基于csrr的小型双频带通滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN111864324A
CN111864324A CN202010887086.XA CN202010887086A CN111864324A CN 111864324 A CN111864324 A CN 111864324A CN 202010887086 A CN202010887086 A CN 202010887086A CN 111864324 A CN111864324 A CN 111864324A
Authority
CN
China
Prior art keywords
csrr
small
complementary split
split ring
band
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010887086.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张冠茂
茹佳丽
梅中磊
杨硕
翟明洋
索军红
车宗娥
岳娟
伦雨鹏
李智航
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou University
Original Assignee
Lanzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou University filed Critical Lanzhou University
Priority to CN202010887086.XA priority Critical patent/CN111864324A/zh
Publication of CN111864324A publication Critical patent/CN111864324A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/212—Frequency-selective devices, e.g. filters suppressing or attenuating harmonic frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于CSRR的小型双频带通滤波器，其包括介质基板、设置在介质基板上表面的第一金属涂覆层、设置在介质基板下表面用作接地层的第二金属涂层以及分别设置在基板四角的金属过孔；所述第一金属涂覆层刻蚀有两个大互补开口环谐振器CSRR和两个小互补开口环谐振器CSRR；大互补开口环谐振器CSRR和小互补开口环谐振器CSRR交错设置；两个大互补开口环谐振器CSRR和两个小互补开口环谐振器CSRR分别在金属涂覆层上呈对角线设置；所述的两个大互补开口环谐振器CSRR大小相同，所述的两个小互补开口环谐振器CSRR大小相同；本发明解决了现有微波滤波器存在的尺寸过大、单频带、插入损耗过大、结构复杂等问题。

Description

一种基于CSRR的小型双频带通滤波器
技术领域
本发明涉及双通带滤波器，具体涉及一种基于CSRR的可用于5G通信的小型双频带通滤波器。
背景技术
目前，5G通信技术因其高传输速率而备受关注，各个频段的相关通信器件研发也吸引了许多研究者的注意。多波段滤波器是满足未来5G移动通信容量和覆盖要求的重要组成部分，其结构和性能对整个通信系统的特性有着直接影响。另外，滤波器件的损耗程度、尺寸，加工难易也与整个系统的集成相关。为了满足现代通信终端小型化的趋势，要求所设计的器件应具有更小的尺寸和体积，而传统滤波器的传输性能较差，尺寸也较大。因此，设计一款适用于5G通信的双频段、低损耗、小尺寸、结构简单的带通滤波器显得尤为重要。在保证滤波器传输性能良好的前提下，小型化多频段滤波器在未来有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于CSRR的小型双频带通滤波器，旨在解决现有微波滤波器存在的尺寸过大、单频带、插入损耗过大，结构复杂等问题。
本发明采用的技术方案是：一种基于CSRR的小型双频带通滤波器，其包括介质基板、设置在介质基板上表面的第一金属涂覆层、设置在介质基板下表面用作接地层的第二金属涂层以及分别设置在基板四角的金属过孔；所述第一金属涂覆层刻蚀有两个大互补开口环谐振器CSRR和两个小互补开口环谐振器CSRR；大互补开口环谐振器CSRR和小互补开口环谐振器CSRR交错设置；两个大互补开口环谐振器CSRR和两个小互补开口环谐振器CSRR分别在金属涂覆层上呈对角线设置；所述的两个大互补开口环谐振器CSRR大小相同，所述的两个小互补开口环谐振器CSRR大小相同；所述介质基板两侧设有集总端口，用于馈电。
进一步地，所述的两个大互补开口环谐振器CSRR用于第一通带中心频率3.45GHz的谐振，所述的两个小互补开口环谐振器CSRR用于第二通带中心频率4.82GHz的谐振。
更进一步地，所述第一金属涂覆层与第二金属涂层均为铜箔，所述介质基板采用相对介电常数为2.2，厚度为0.8mm 的Rogers 5880材料。
更进一步地，所述基于CSRR的小型双频带通滤波器的四角分别设置四个半径为0.2mm的金属过孔，用于改善频带传输特性。
更进一步地，所述基于CSRR的小型双频带通滤波器包含两个信号通频带，分别为3.28GHz ～ 3.62GHz和4.53GHz ～5.11GHz，覆盖了当前5G通信工作频段。
本发明的优点：
本发明解决了现有微波滤波器存在的尺寸过大、单频带、插入损耗过大，结构复杂等问题。它可以实现双频带、尺寸小、结构简单、插入损耗低等特性，具有十分良好的传输性能。
本发明整体尺寸较小，体积为17.2mm*16.2mm*0.8mm，满足现代5G通信设备小型化的需要。
本发明选用Rogers 5880材料，损耗低，吸湿率低，性能稳定，便于在特定环境下使用。
本发明包含两个信号通频带，分别为3.28GHz ～ 3.62GHz和4.53GHz ～5.11GHz，覆盖了当前5G通信的工作频段。
本发明介质基板上表面刻蚀的四个正方形CSRR关于基板中心呈对称分布，不同尺寸的CSRR则提供不同的谐振频率。第一通带中心频率3.45GHz处主要在大的CSRR附近谐振，而第二通带中心频率4.82GHz主要在小的CSRR附近谐振。
本发明的基板四角分别设置四个半径为0.2mm的金属过孔，以改善频带传输特性。
本发明的通带插入损耗小于0.95dB，回波损耗优于14.7dB，整体传输性能良好。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1 是本发明的三维结构示意图；
图2 是本发明的顶面示意图；
图3 是本发明的侧面示意图；
图4 是本发明的四种传输特性对比图；
图5 是本发明的传输特性仿真曲线图；
图6 是本发明的传输特性实测曲线图与实物图。
附图标记：
1为介质基板、2为第一金属涂覆层、3为第二金属涂层、4为金属过孔、5为集总端口、6为大互补开口环谐振器CSRR及7为小互补开口环谐振器CSRR。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图3，如图1至图3所示，一种基于CSRR (Complementary Split RingResonators)的小型双频带通滤波器，其包括介质基板1、设置在介质基板上表面的第一金属涂覆层2、设置在介质基板下表面用作接地层的第二金属涂层3以及分别设置在基板四角的金属过孔4；第一金属涂覆层2刻蚀有两个大互补开口环谐振器（CSRR）6和两个小互补开口环谐振器（CSRR）7；大互补开口环谐振器（CSRR）6和小互补开口环谐振器（CSRR）7交错设置；两个大互补开口环谐振器(CSRR)6和两个小互补开口环谐振器(CSRR)7分别在金属涂覆层2上呈对角线设置；两个大互补开口环谐振器(CSRR)6大小相同，两个小互补开口环谐振器(CSRR)7大小相同；介质基板1两侧设有集总端口5，用于馈电。
本发明解决了现有微波滤波器存在的尺寸过大、单频带、插入损耗过大，结构复杂等问题。它可以实现双频带、尺寸小、结构简单、插入损耗低等特性，具有十分良好的传输性能。
本实施例中，两个大互补开口环谐振器（CSRR）6用于第一通带中心频率3.45GHz的谐振，两个小互补开口环谐振器（CSRR）7用于第二通带中心频率4.82GHz的谐振。
本实施例中，第一金属涂覆层2与第二金属涂层3均为铜箔，介质基板1采用相对介电常数为2.2，厚度为0.8mm 的Rogers 5880材料。
本实施例中，基于CSRR的小型双频带通滤波器的四角分别设置四个半径为0.2mm的金属过孔，用于改善频带传输特性。
本实施例中，基于CSRR的小型双频带通滤波器包含两个信号通频带，分别为3.28GHz ～ 3.62GHz和4.53GHz ～5.11GHz，覆盖了当前5G通信工作频段。
本实施例中，基于CSRR的小型双频带通滤波器的通带插入损耗小于0.95dB，回波损耗优于14.7dB。
基于CSRR的可用于5G通信的小型双频带通滤波器的介质基板上表面刻蚀的四个正方形CSRR关于对角两两对称相等，不同尺寸的CSRR提供不同的谐振频率，以实现双频带。其中第一通带中心频率3.45GHz处主要在大的CSRR附近谐振，而第二通带中心频率4.82GHz主要在小的CSRR附近谐振。具体来说，CSRR的谐振频率为fCSRR=1/[2π(LrCr)1/2] ，其中的Lr与Cr分别是金属盘与地板之间的等效电感与等效电容。研究得知，当减小CSRR的边长时，等效电感值Lr减小，则引起CSRR的谐振频率增大，即在频率较高处发生谐振。通过探究四种结构：①四个等大的CSRR；②减小上方或下方的两个CSRR；③减小左或右的两个CSRR；④减小对角位置的两个CSRR，得到了四种不同的传输特性。其中④的通带特性最优，经过优化设计后，实现了覆盖5G工作频段的双带通滤波器。
其中，方案4两个通频带的中心频率分别为3.45 GHz和4.82 GHz。通带的插入损耗小于0.95 dB，回波损耗大于14.7 dB，满足5G通信系统的滤波要求。
基于CSRR的可用于5G通信的小型双频带通滤波器的上表面金属涂覆层与下表面接地金属涂覆层均为铜箔，介质基板采用相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，厚度为0.8mm 的Rogers 5880材料。
基于CSRR的可用于5G通信的小型双频带通滤波器四角分别设置四个半径为0.2mm的金属过孔，该金属过孔贯穿介质基板的上表面和下表面，优化了低频段的插入损耗与回波损耗，增强了通带选择性，从而改善频带传输特性。
基于CSRR的可用于5G通信的小型双频带通滤波器采用狭缝微带线来实现匹配，进一步减小了滤波器的物理尺寸。
基于CSRR的可用于5G通信的小型双频带通滤波器的尺寸为17.2mm*16.2mm*0.8mm。其中大的CSRR外环边长为6.4mm，内环边长为4.4mm，小的CSRR外环边长为5mm，内环边长为3mm。环的宽度均为0.3mm，开口长度均为1mm，内外环间距为0.7mm，大的CSRR与小的CSRR之间的缝隙为0.4mm。另外端口宽度为2.5mm，基片厚度为0.8mm，金属过孔半径为0.2mm，过孔与基板边缘距离为0.5mm。
本发明包含两个信号通频带，分别为3.28GHz ～ 3.62GHz和4.53GHz ～5.11GHz，覆盖了当前5G通信的工作频段。
双频段是通过四个CSRR结构实现的，已有的研究是两个CSRR结构实现单频段，而其谐振频率大小与环的尺寸有关，通过增加环的数量增加一个频段，并减小环的尺寸来实现两个不同频段（环尺寸减小，谐振点移向高频）。两个频段是按照5G sub 6以下频段3.3-3.6GHz与4.8-5.0GHz通过结构参数的扫描与优化得到。
本发明介质基板上表面刻蚀的四个正方形CSRR关于基板中心呈对称分布，不同尺寸的CSRR则提供不同的谐振频率。第一通带中心频率3.45GHz处主要在大的CSRR附近谐振，而第二通带中心频率4.82GHz主要在小的CSRR附近谐振。
CSRR本身是一种左手材料，其抑制谐波和结构紧凑特性在滤波器的设计方面应用很多。通过观察CSRR的电场分布与磁场分布发现CSRR主要由垂直于环平面的电场激励，从而产生谐振，在谐振频率附近时，可以将其等效为一个电偶极子，不同尺寸的CSRR可提供不同的谐振频率。
本发明的基板四角分别设置四个半径为0.2mm的金属过孔，这四个孔为金属接地孔，未加过孔前滤波器的低频特性不好，在四角加载金属过孔后，可以发现，在低频附近S21被拉低，频率选择性变好，从电场分布图来看，四角的电场最小；从而实现改善频带传输特性的目的。
本发明采用了Rogers 5880材料，损耗角正切为0.0009，对于滤波器来说，可以实现很低的损耗。本发明的通带插入损耗小于0.95dB，回波损耗优于14.7dB，整体传输性能良好。
参考图5，本方案的传输特性仿真曲线图，本发明包含两个信号通频带，分别为3.28GHz ～ 3.62GHz和4.53GHz ～5.11GHz，覆盖了当前5G通信的主要工作频段。本发明的中心频率分别为3.45GHz和4.82GHz，通带宽度分别为340MHz和580MHz。回波损耗在通带附近优于14.7dB,插入损耗在通带附近小于0.95dB，具有良好的带通效果。
参考图6，本方案的传输特性实测曲线图，由于SMA接头的连接损耗，测量结果与模拟仿真结果略有偏差，但总体结果一致性良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种基于CSRR的小型双频带通滤波器，其特征在于，包括介质
基板（1）、设置在介质基板上表面的第一金属涂覆层（2）、设置在介质基板下表面用作接地层的第二金属涂层（3）以及分别设置在基板四角的金属过孔（4）；所述第一金属涂覆层（2）刻蚀有两个大互补开口环谐振器CSRR（6）和两个小互补开口环谐振器CSRR（7）；大互补开口环谐振器CSRR（6）和小互补开口环谐振器CSRR（7）交错设置；两个大互补开口环谐振器CSRR（6）和两个小互补开口环谐振器CSRR（7）分别在金属涂覆层（2）上呈对角线设置；所述的两个大互补开口环谐振器CSRR（6）大小相同，所述的两个小互补开口环谐振器CSRR（7）大小相同；所述介质基板（1）两侧设有集总端口（5），用于馈电。
2.根据权利要求1所述的基于CSRR的小型双频带通滤波器，其特征在
于，所述的两个大互补开口环谐振器CSRR（6）用于第一通带中心频率3.45GHz的谐振，所述的两个小互补开口环谐振器CSRR（7）用于第二通带中心频率4.82GHz的谐振。
3.根据权利要求1所述的基于CSRR的小型双频带通滤波器，其特征在
于，所述第一金属涂覆层（2）与第二金属涂层（3）均为铜箔，所述介质基板（1）采用相对介电常数为2.2，厚度为0.8mm 的Rogers 5880材料。
4.根据权利要求1所述的基于CSRR的小型双频带通滤波器，其特征在
于，所述基于CSRR的小型双频带通滤波器的四角分别设置四个半径为0.2mm的金属过孔，用于改善频带传输特性。
5.根据权利要求1所述的基于CSRR的小型双频带通滤波器，其特征在
于，所述基于CSRR的小型双频带通滤波器包含两个信号通频带，分别为3.28GHz ～3.62GHz和4.53GHz ～5.11GHz，覆盖了当前5G通信工作频段。
CN202010887086.XA 2020-08-28 2020-08-28 一种基于csrr的小型双频带通滤波器 Pending CN111864324A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010887086.XA CN111864324A (zh) 2020-08-28 2020-08-28 一种基于csrr的小型双频带通滤波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010887086.XA CN111864324A (zh) 2020-08-28 2020-08-28 一种基于csrr的小型双频带通滤波器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111864324A true CN111864324A (zh) 2020-10-30

Family

ID=72967505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010887086.XA Pending CN111864324A (zh) 2020-08-28 2020-08-28 一种基于csrr的小型双频带通滤波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111864324A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112966557A (zh) * 2021-02-03 2021-06-15 南京信息工程大学 一种用于生物体检测的超材料传感器及其检测方法
CN113745777A (zh) * 2021-09-03 2021-12-03 合肥工业大学 一种应用于无线局域网的双频段带通滤波器及其制备方法
CN114660365A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 安徽师范大学 一种基于双互补开环的表面传感器的5g双频段介电常数无损测量方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114660365A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 安徽师范大学 一种基于双互补开环的表面传感器的5g双频段介电常数无损测量方法
CN112966557A (zh) * 2021-02-03 2021-06-15 南京信息工程大学 一种用于生物体检测的超材料传感器及其检测方法
CN112966557B (zh) * 2021-02-03 2023-06-27 南京信息工程大学 一种用于生物体检测的超材料传感器及其检测方法
CN113745777A (zh) * 2021-09-03 2021-12-03 合肥工业大学 一种应用于无线局域网的双频段带通滤波器及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. A simple and effective method for microstrip dual-band filters design
CN102610916B (zh) 具有陷波特性的小型超宽带天线
CN111864324A (zh) 一种基于csrr的小型双频带通滤波器
CN111883914B (zh) 基于siw馈电的具有滤波特性的介质谐振器宽带天线
CN1874053B (zh) 加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器
CN111293413A (zh) 基于交叉耦合结构的紧凑型宽带滤波天线及其mimo天线
CN110444840A (zh) 基于枝节负载谐振器的双频差分带通滤波器
CN107134613A (zh) 基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器
CN113097715B (zh) 一种平面复合左右手传输线型5g手机mimo天线
WO2020173243A1 (zh) 一种传输零点可控的基片集成波导滤波器
CN109904607A (zh) 一种简单紧凑的宽阻带滤波贴片天线
CN202712428U (zh) 一种小型超宽带天线
Keshavarz et al. Low profile metamaterial band-pass filter loaded with 4-turn complementary spiral resonator for WPT applications
Soundarya et al. Compact dual-band SIW bandpass filter using CSRR and DGS structure resonators
CN112234358A (zh) 一种小型化双陷波超宽带天线
CN111710947B (zh) 一种基于单个siw腔的带宽和中心频率可调三通带滤波器
CN109449582B (zh) 一种低剖面宽带滤波天线
CN109802225B (zh) 一种微带滤波天线
CN212571298U (zh) 一种基于csrr的小型双频带通滤波器
Chen et al. Compact low pass filter using novel elliptic shape DGS
Al Sharkawy et al. A miniaturized lowpass/bandpass filter using double arrow head defected ground structure with centered etched ellipse
CN115498405A (zh) 一种基片集成全向滤波介质谐振器天线
CN113964534A (zh) 一种具有双陷波特性的陷波超宽带天线
CN210092342U (zh) 一种基于siw谐振腔的双频滤波天线
CN112216971A (zh) 一种小型化双陷波超宽带天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination