CN1874052B - 加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器，由奇数个电磁带隙单元构成微带对称电磁带隙结构，每个电磁带隙单元是在微带线两边加载山字形微带分支结构得到的，上下、左右分别对称；微带对称电磁带隙结构中心的一个电磁带隙单元引入耦合缝隙，使该电磁带隙单元在水平方向被分为完全相同的两部分，并由此将带通滤波器分成相对于缝隙对称的谐振频率相同的两部分，形成谐振式带通滤波器，并决定了带通滤波器的中心频率及阻带特性，其中的耦合缝隙相当于耦合电容，带通滤波器通带中心频率的高次谐波落在带通滤波器的阻带范围内。由于电磁带隙结构的慢波效应，本发明在实现超宽阻带的同时还实现了小型化。

Description

加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器，是一种具有电磁带隙结构的小型化宽阻带带通滤波器，属于电子技术领域。
背景技术
在微波、毫米波电路与系统中都会用到带通滤波器，尤其是窄带带通滤波器，在现代通信系统中有着及其广泛的应用。在实际的应用中，体积小、重量轻越来越成为滤波器所要考虑的指标，平面滤波器由于可以采用印刷电路工艺，容易实现体积小和重量轻的要求，在实际应用中受到广泛关注。同时，为了增强电路的抗干扰性，改善电路的性能，要求带通滤波器具有很宽的阻带，而且在很多应用中，要求高次谐波，如二次甚至三次谐波能被抑制。传统的由半波长谐振器综合得到的带通滤波器在二次谐波上有寄生效应，虽然可以用低通或带通滤波器抑制寄生通带效应，但会增大器件的尺寸，增加插入损耗；由1/4波长谐振器得到的带通滤波器在三次谐波上才有寄生效应，但需要通过过孔与接地板连接，与平面印刷工艺不兼容。另一种较好的方法是通过端耦合慢波谐振器和慢波开环谐振器来控制谐波寄生效应，这样可以得到具有超宽阻带的带通滤波器，但多端耦合会导致较大的插入损耗，增加设计的复杂性，尤其是在毫米波波段。
1987年，Yabnolovitch在研究光子的自发辐射时，提出了电磁带隙的概念，并在带通滤波器的设计上得到广泛的应用，Tatsuo Itoh(IEEE Microwave AndWireless Components Letters，Vol.11，No.9，pp364-366，September 2001)和Rui Qiang(Antennas and Propagation Society，2001 IEEE InternationalSym，Volume：2，2001，Page(s)：510-513)等人利用电磁带隙的带阻特性，在接地板上刻蚀电磁带隙结构，使二次和高次谐波落在电磁带隙的阻带中，从而将高次谐波衰减掉。这种方法虽然达到了预期的目的，器件的体积和重量没有增加，但在接地板上刻蚀的结构增加了工艺的难度，同时刻蚀后的接地板必须远离金属，带来了封装的问题，也不利于与其它电路的集成。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器，结构简单，易于实现，能够使滤波器通带中心频率的高次谐波得到很好的抑制。
为实现这一目的，本发明利用周期结构的慢波特性，并根据微带线理论进行小型化带通滤波器的优化设计，在含有奇数个电磁带隙单元的微带对称电磁带隙结构滤波器的中间引入耦合缝隙，将滤波器分成完全相同的两部分，这两部分和缝隙共同形成了带通滤波器，也决定了带通滤波器的中心频率，而带通滤波器的阻带与加入缝隙前的滤波器相同，其中的缝隙相当于电容。选择具有较好滤波效果的电磁带隙单元，可以使所实现的带通滤波器具有超宽阻带，使二次和高次谐波落在阻带内。
本发明的带通滤波器由奇数个电磁带隙单元构成微带对称电磁带隙结构，每个电磁带隙单元是在微带线两边加载山字形微带分支结构得到的，上下对称，左右也对称.微带对称电磁带隙结构中心的一个电磁带隙单元引入耦合缝隙，使该电磁带隙单元在水平方向被分为完全相同的两部分，并由此将带通滤波器分成相对于缝隙对称的谐振频率相同的两部分，形成谐振式带通滤波器，并决定了带通滤波器的中心频率及阻带特性，其中的耦合缝隙相当于耦合电容，带通滤波器通带中心频率的高次谐波落在带通滤波器的阻带范围内.改变山字型微带分支结构各边的尺寸，可以调节带通滤波器的中心频率，以及阻带特性.
本发明的带通滤波器能很好地抑制通带中心频率的高次谐波。选择具有较好滤波效果的单元，可以使所实现的带通滤波器具有超宽阻带，使二次和高次谐波落在阻带内。同时由于慢波效应，滤波器的体积也大大减小，在实现超宽阻带的同时，也实现了小型化。
本发明的带通滤波器采用微带结构，易于实现，也不存在由于接地板上的缝隙所带来的封装问题，而且只有一个耦合端，非常适合在微波和毫米波集成电路中使用，也可以很容易用半导体工艺实现。
附图说明
图1为本发明带通滤波器的拓扑结构示意图。
图2为本发明带通滤波器中的电磁带隙单元结构示意图。
图3为本发明带通滤波器的散射参数。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
图1为本发明的带通滤波器的拓扑结构图。图1中给出了三个电磁带隙单元的例子。本发明带通滤波器的实现方法是在含有奇数个电磁带隙单元的微带电磁带隙结构的中间引入耦合缝隙。如图1所示，三个电磁带隙单元构成微带对称电磁带隙结构，每个电磁带隙单元是在微带线两边加载山字形微带分支结构得到的，上下、左右分别对称；微带对称电磁带隙结构中心的一个电磁带隙单元引入耦合缝隙，使该电磁带隙单元在水平方向被分为完全相同的两部分，并由此将带通滤波器分成相对于缝隙对称的谐振频率相同的两部分，形成谐振式带通滤波器，并决定了带通滤波器的中心频率及阻带特性。
本发明中的电磁带隙单元的结构如图2所示。每个电磁带隙单元是在微带线两边加载山字形微带分支结构得到的，上下对称，左右也对称。其中，山字形微带分支结构中间与微带线相连的边A的长度为l1，山字形微带分支结构中与A平行的两边B的长度为l3，山字形微带分支结构两边B到中间A的距离为l2，微带线的长度为p。
微带电磁带隙结构本身具有带阻特性.当电磁带隙单元为对称结构，而且周期结构的数量为奇数时，如果在对称结构的中心引入缝隙，相当于引入了电容，可以滤除直流，同时，当由微带电磁带隙结构形成的带通滤波器有奇数个电磁带隙单元，而且每个电磁带隙单元沿水平和垂直方向均对称时，如果在滤波器的中心引入缝隙，缝隙将原来的带通滤波器分为谐振频率相同的两个部分，这两部分相对于缝隙对称，并通过缝隙的耦合形成一个谐振式带通滤波器，带通滤波器通带的中心频率由这两部分和缝隙决定，阻带与原来带通滤波器的相同.可以证明，在带通滤波器的低通频段，带通滤波器有且只有一个谐振频率从而得到谐振式带通滤波器.带通滤波器的中心频率以及阻带特性都是由电磁带隙单元决定的.选择宽阻带的电磁带隙单元，可以使得到的带通滤波器具有很宽的阻带.
本发明的一个实施例中，整个带通滤波器采用三个电磁带隙单元，缝隙在滤波器的中央，滤波器的衬底采用相对介电场数为12.9的半导体材料硅，厚度为0.25mm。所述电磁带隙单元中，山字形微带分支结构中间与微带线相连的边的长度l1＝0.53mm，山字形微带分支结构两边的长度l3＝0.44mm，山字形微带分支结构两边到中间的距离l2＝0.24mm，微带线的长度p＝0.85mm。
所实现的滤波器的散射参数见图3，带通滤波器的通带中心频率为12GHz，带通滤波器在二次谐波上的衰减大于45dB。同时，由于电磁带隙结构的慢波效应，使滤波器的体积也大大减小，达到了小型化要求，体积约为0.3λe×0.15λe(λe是中心频率上的导波波长)。改变山字型微带分支结构各边的宽度和长度，可以调节带通滤波器的通带中心频率以及阻带特性。

Claims (3)

1.一种加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器，其特征在于由奇数个电磁带隙单元构成微带对称电磁带隙结构，每个电磁带隙单元是在微带线两边加载山字形微带分支结构得到的，上下、左右分别对称；微带对称电磁带隙结构中心的一个电磁带隙单元引入耦合缝隙，使该电磁带隙单元在水平方向被分为完全相同的两部分，并由此将带通滤波器分成相对于缝隙对称的谐振频率相同的两部分，形成谐振式带通滤波器，并决定了带通滤波器的中心频率及阻带特性，其中的耦合缝隙相当于耦合电容，带通滤波器通带中心频率的高次谐波落在带通滤波器的阻带范围内。
2.根据权利要求1的加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器，其特征在于所述电磁带隙单元中，山字形微带分支结构中间与微带线相连的边的长度l1＝0.53mm，山字形微带分支结构两边的长度l3＝0.44mm，山字形微带分支结构两边到中间的距离l2＝0.24mm，微带线的长度p＝0.85mm。
3.根据权利要求1的加载山字形微带分支的小型化宽阻带带通滤波器，其特征在于该带通滤波器的衬底采用相对介电场数为12.9的半导体材料硅，厚度为0.25mm。
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Assignee: Pivotone Communication Technologies, Inc.

Assignor: Shanghai Jiao Tong University

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Denomination of invention: Miniaturized band-pass filter with wide stop band for loading epsilon shaped offset of microstrip

Granted publication date: 20100512

License type: Exclusive License

Open date: 20061206

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