CN1901274A - 超宽带平面微带滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种通信技术领域的超宽带平面微带滤波器，包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口。正面部分包括：叉指电容单元、均匀传输线和介质板。两个叉指电容单元分别位于介质板的两端，均匀传输线位于介质板的中间部分，输入\输出端口有两个，每个端口和一个叉指电容单元相连。反面部分包括：非均匀DGS单元、slot结构单元和接地单元，非均匀DGS单元共有7个，各单元的外形尺寸以近似等差数列非均匀排列，slot结构单元共有三组，分别加载在偶数DGS单元的两侧。本发明结构简单，分别采用正面和背面的电路结构实现高通和低通滤波器，有效地减小了电路的面积，使得该电路易于和其它射频电路集成。

Description

超宽带平面微带滤波器
技术领域
本发明涉及一种通信技术领域的滤波器，具体是一种超宽带平面微带滤波器，该滤波器可以用于超宽带通讯中进行滤波。
背景技术
随着各种无线通信系统的相继出现，可利用的频谱资源日趋饱和，使超宽带技术引起了人们的广泛重视。2002年2月FCC对超宽带使用发布无许可证使用后，超宽带技术迅速成为国际无线通信领域研究开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。针对UWB技术的发展需要，超宽带滤波器作为无线通信系统中关键的无源器件之一，成为研究热点之一。对于UWB滤波器要求工作在3.1-10.6GHz这样一个非常宽的频带内，同时要求该滤波器必须具有比较小的尺寸，以便能和其他电路集成，而传统的均匀传输线平行耦合微带线的设计方法无法设计出这么宽频带的滤波器。
经对现有技术的文献检索发现，2004年3月Kuo-Sheng Chin等人在IEEEMicrowave and Guided Wave Letters，14卷第5期发表了“New formulas forsynthesizing microstrip bandpass filters with relatively wide bandwidths(新的用于设计具有较宽通带的微带带通滤波器的方法)”，在该文中提出了对传统的平行耦合微带线滤波器通过改进带宽的预估来使得所设计的滤波器具有较宽的带宽，但是该方法所实现的滤波器的带宽仍只有3.0GHz-7.5GHz，其相对带宽只有60％，还不能达到FCC所提出的频率带宽(3.1GHz-10.6GHz)的要求。
检索中还发现2004年6月Hitoshi Ishida等人在IEEE MTT-SInternational Digest第三卷发表了“Design and analysis of UWB bandpassfilter with ring filter(利用谐振环设计和分析超宽带滤波器)”，在该文中提出了利用级联的谐振环结构来实现超宽带滤波器，一共采用了五个谐振环来实现带通滤波器，但是采用这种结构使得整个滤波器的尺寸较大，并且在频率低于3.1GHz时有寄生通带，因此在使用中还存在一些问题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种超宽带平面微带滤波器，使其能够解决现有微带滤波器频带窄、结构复杂、尺寸较大的不足。本发明覆盖3.1-10.6GHz这样一个比较宽的频带，其结构主要是由低通滤波器和高通滤波器的级联构成。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口。其中正面部分包括：叉指电容单元、均匀传输线和介质板。叉指电容单元有两个，分别位于介质板的两端。均匀传输线位于介质板的中间部分，两个叉指电容之间是通过均匀传输线连接的。输入\输出端口有两个，每个端口和一个叉指电容单元相连。反面部分包括：非均匀DGS(缺陷地)单元、slot(缝隙)结构单元和接地单元。非均匀DGS单元共有7个，各单元的外形尺寸以近似等差数列非均匀排列。slot结构单元共有三组分别加载在偶数DGS单元的两侧，上述的七个非均匀DGS单元和三组slot结构单元都是在接地单元上刻蚀去除相应的结构形状，从而形成相应的空气单元。
所述的叉指电容位于介质板正面，对称分布，两个叉指电容单元的指的比值为3∶2，指间的间距是0.1mm，连接两叉指电容的传输线是50Ω均匀传输线。
所述的七个DGS单元，其哑铃型DGS两端的头的部分位于传输线的下方。哑铃型DGS单元阵列结构是呈近似等差数列的非均匀排列。
所述的slot结构单元，位于滤波器背面，三组slot结构单元非均匀排列，每一对等长的slot结构单元之间都是通过另一条slot结构单元和DGS单元相连在一起的，并且分别加载在第二、四、六DGS单元的两侧。
所述的两个叉指电容单元分别位于第一和第七DGS单元所处位置的上方。
所述的两个叉指电容单元、均匀传输线单元和接地单元均为导体，非均匀DGS阵列结构是在接地单元上面刻蚀去掉相应的形状，从而形成空气单元结构。
所述的介质板为低介电常数物质。
本发明通过由背面的DGS单元来实现低通滤波器，由正面的传输线来实现高通滤波器，从理论上来讲只要分别调节低通滤波器的截止频率和高通滤波器的截止频率就可以实现任何带宽的带通滤波器，并且由于该类型的滤波器充分利用了介质板正面和背面，大大减小了整个滤波电路的面积，有利于和其它射频(RF)电路的集成。
附图说明
图1为本发明超宽带滤波器总体的结构示意图
图2为本发明超宽带滤波器的正面结构示意图
图3为本发明超宽带滤波器的背面结构示意图
图4为本发明超宽带滤波器仿真的频率特性示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口。
如图2所示，本发明正面部分包括：第一叉指电容单元1、第二叉指电容单元4、均匀传输线2、介质板3。输入\输出端口有两个，第一叉指电容单元1、第二叉指电容单元4均位于介质板3的正面，第一输入\输出端口5和第一叉指电容单元1相接，第二输入\输出端口6和第二叉指单元4相接，第一叉指电容单元1、第二叉指电容单元4通过均匀传输线2连接。
如图3所示，本发明背面部分包括：第一DGS单元7、第二DGS单元8、第三DGS单元9、第四DGS单元10、第五DGS单元11、第六DGS单元12、第七DGS单元13、第一slot结构单元14、第二slot结构单元15、第三slot结构单元16和接地单元17。
所述的slot结构单元，位于滤波器背面，共有三组且非均匀排列，每一对等长的slot结构之间都是通过另一条slot结构单元和DGS单元相连在一起的。其中第一slot结构单元14被加载在第二DGS单元8的左右两侧，第二slot结构单元15被加载在第四DGS单元10的左右两侧，第三slot结构单元16被加载在第六DGS单元12的左右两侧。第一DGS单元7和第七DGS单元13分别位于接地单元17的两端，并对称分布。第三DGS单元9位于第二DGS单元8和第四DGS单元10之间，第五DGS单元11位于第四DGS单元10和第六DGS单元12之间。
所述的第一叉指电容单元1、第二叉指电容单元4指的比值为3∶2，指间的间距是0.1mm，连接两叉指电容的传输线是50Ω均匀传输线。
所述的输入\输出端口5外接信号源，外加的激励信号通过第一叉指电容单元1，再通过均匀传输线2和第二叉指电容单元4，最后经由输入\输出端口6到达外部电路，实现对信号进行滤波。级联的叉指电容具有滤除低频信号的功能，周期性的DGS结构具有滤除高频信号的功能，将两者结合起来实现超宽带滤波器。
所述的七个DGS单元7、8、9、10、11、12、13，其哑铃型DGS两端的头的部分在传输线的下方，哑铃型DGS阵列结构是呈近似等差数列的非均匀排列。
所述的两个叉指电容单元1、4分别位于第一、第七DGS单元7、13所处位置的上方。
所述的两个叉指电容单元1、4、均匀传输线2和接地单元17均为导体。
所述的七个DGS单元7、8、9、10、11、12、13和三组slot结构单元14、15、16都是在接地单元17上刻蚀去相应的哑铃形结构和缝隙结构的形状，形成空气单元。
所述的介质板(3)为低介电常数物质。
如图4所示，本发明的频率特性包括：实线的S21(插入损耗)参数和虚线的S11(回波损耗)参数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本发明的超宽带滤波器的通带是3.0GHz-10.9GHz，S21参数在通带内大于-1dB，S11参数在通带内小于-10dB。

Claims (9)

1、一种超宽带平面微带滤波器，包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口，其特征在于：正面部分包括：第一叉指电容单元(1)、第二叉指电容单元(4)、均匀传输线(2)、介质板(3)，输入\输出端口有两个，第一叉指电容单元(1)、第二叉指电容单元(4)均位于介质板(3)的正面，第一输入\输出端口(5)和第一叉指电容单元(1)相接，第二输入\输出端口(6)和第二叉指单元(4)相接，两个叉指电容单元(1、4)通过均匀传输线(2)连接；背面部分包括：七个DGS单元(7、8、9、10、11、12、13)和三组slot结构单元(14、15、16)，第一slot结构单元(14)被加载在第二DGS单元(8)的左右两侧，第二slot结构单元(15)被加载在第四DGS单元(10)的左右两侧，第三slot结构单元(16)被加载在第六DGS单元(12)的左右两侧，第一DGS单元(7)和第七DGS单元(13)分别位于接地单元(17)的两端，并对称分布，第三DGS单元(9)位于第二DGS单元(8)和第四DGS单元(10)之间，第五DGS单元(11)位于第四DGS单元(10)和第六DGS单元(12)之间。
2、如权利要求1所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的七个DGS单元(7、8、9、10、11、12、13)和三组slot结构单元(14、15、16)都是在接地单元(17)上刻蚀去相应的哑铃形结构和缝隙结构的形状，形成空气单元。
3、如权利要求1或者2所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的七个DGS单元(7、8、9、10、11、12、13)，其哑铃型DGS两端的头的部分在传输线的下方，哑铃型DGS阵列结构是呈近似等差数列的非均匀排列。
4、如权利要求1或者2所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的slot结构单元，有三组，三组slot结构单元(14、15、16)非均匀排列。
5、如权利要求1所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的第一叉指电容单元(1)、第二叉指电容单元(4)指的比值为3∶2，指间的间距是0.1mm，连接两叉指电容的传输线是50Ω均匀传输线。
6、如权利要求1或者5所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的第一叉指电容单元(1)、第二叉指电容单元(4)分别位于第一、第七DGS单元(7、13)所处位置的上方。
7、如权利要求1所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的第一叉指电容单元(1)、第二叉指电容单元(4)、均匀传输线(2)和接地单元(17)均为导体。
8、如权利要求1所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的输入\输出端口(5)外接信号源，使激励信号能够通过第一叉指电容单元(1)，再通过均匀传输线(2)和第二叉指电容单元(4)，最后经由输入\输出端口(6)到达外部电路。
9、如权利要求1所述的超宽带平面微带滤波器，其特征是，所述的介质板(3)为低介电常数物质。
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