CN1874053A - 加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，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上下两边加载扇形微带分支结构得到的，电磁带隙单元上下、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。选择了具有较好滤波效果的电磁带隙单元，所实现的带通滤波器具有超宽阻带，使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。

Description

加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，是一种能抑制二次和三次谐波的小型化微带带通滤波器，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重要指标。而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阻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，pp.364-366，September 2001)和RuiQiang(Antennas and Propagation Society，2001 IEEE International Sym，vol：2，2001，pp.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，使二次等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，设计提供一种加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，结构简单而易于实现，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，在带通滤波器含有奇数个电磁带隙单元的微带对称电磁带隙结构的中间引入耦合缝隙，将带通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带通滤波器相同，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扇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。改变扇型微带分支结构的尺寸，可以调节带通滤波器的中心频率，以及阻带特性。
本发明电磁带隙单元中采用微带线两边加载扇形微带分支结构，由于扇形结构具有较强的屏蔽信号能力，采用它构成带通滤波器时，可以使带通滤波器具有超宽阻带，通过优化设计，滤波器通带中心频率的高次谐波能得到很好的抑制。本发明中滤波器的通带中心频率为14GHz，中心频率的二次和三次谐波上的衰减都大于30dB，四次谐波上的衰减都大于20dB。同时由于电磁带隙结构的慢波效应，使滤波器的体积达到了超小型化，体积约为0.3λe×0.13λe(λe是中心频率上的导波波长)。
本发明的带通滤波器能很好的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(S)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上下两边加载扇形微带分支结构得到的，每个电磁带隙单元上下、左右分别对称。在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，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。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上下两边加载扇形微带分支结构得到的，电磁带隙单元上下对称，左右也对称。扇形的半径为a，扇形的宽度为b，扇形的加载周期为P。
通过调节扇形微带分支结构的尺寸，以及扇形的加载周期，可以调节带通滤波器的中心频率和阻带宽度，当选择扇形微带分支结构的尺寸为a×b＝0.3λe×0.13λe，加载周期p近似等于b时，可以使滤波器通带中心频率的二次和三次谐波落在带通滤波器的阻带范围内，从而直接滤除二次和三次谐波。
本发明的一个实施例中，扇形的半径a＝0.49mm，扇形的宽度b＝0.9mm，扇形的加载周期p＝1.05mm，所用介质材料为半导体材料硅，其相对介电常数εr＝12.6，厚度h＝0.25mm；图中结构用半导体的剥离工艺实现。
本发明所实现的带通滤波器的散射(S)参数见图3，带通滤波器的通带中心频率为14GHz，中心频率的二次和三次谐波上的衰减都大于30dB，四次谐波上的衰减都大于20dB。
本发明的带通滤波器，由于电磁带隙结构的慢波效应，滤波器的体积也大大减小，约为0.3λe×0.13λe(λe是中心频率上的导波波长)。频率改变时，可以调节扇形微带分支结构中扇形的角度和半径，从而改变带通滤波器的通带中心频率，以及阻带范围。一般，滤波器的长度和宽度基本可以按a×b＝0.3λe×0.13λe设计。

Claims (4)

1、一种加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，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扇形微带分支结构得到的，每个电磁带隙单元上下、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的加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，其特征在于所述电磁带隙单元为三个。
3、根据权利要求1的加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，其特征在于所述电磁带隙单元中，扇形微带分支结构的扇形半径a＝0.49mm，扇形宽度b＝0.9mm，扇形的加载周期p＝1.05mm。
4、根据权利要求1的加载扇形微带分支的小型化谐波抑制带通滤波器，其特征在于该带通滤波器的衬底采用相对介电常数为12.6的半导体材料硅，厚度为0.25mm。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Pivotone Communication Technologies, Inc.

Assignor: Shanghai Jiao Tong University

Contract record no.: 2011310000033

Denomination of invention: Miniaturized band-pass filter with harmonic suppression for loading fan-shaped offset of microstrip

Granted publication date: 20100512

License type: Exclusive License

Open date: 20061206

Record date: 20110401

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100512

Termination date: 20130608