CN202076392U - 一种超宽带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种超宽带滤波器，包括介质基片、第一金属贴片、第二金属贴片，所述两个金属贴片分别包覆在介质基片的上、下表面，第一金属贴片包括金属片、输入端口和输出端口，在金属片上设置有依次排开的金属化通孔；第二金属贴片上设置有与第一金属贴片相对应的金属化通孔，第一金属贴片与第二金属贴片通过金属化通孔相连接；第二金属贴片上的金属化通孔的周围设置有镂空槽。本实用新型通过简化传统复合左右手结构模型并且去除传统复合左右手结构必须满足的平衡条件，是一种新型的复合左右手传输线结构，具有结构紧凑、低成本、低损耗、性能优的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于新型的复合左右手传输线结构的超滤带滤波器，属于毫米波与微波器件的设计领域。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，人们对信息传输系统的要求越来越高，希望获得更多的频谱资源，来提高数据的传输速度，提高系统的安全性以及减小生产成本等。在此背景之下，超宽带（UWB）技术以其系统结构简单、成本低、功耗小、安全性高、不易产生干扰、数据传输速率高等特点成为目前无线通信领域的一个研究热点[1]。
超宽带滤波器是UWB系统中发射和接受模块中重要的组成部分，UWB系统稳定性深受超宽带滤波器性能好坏的影响。超宽带滤波器作为系统或者整机小型化的关键器件，其结构的小型化问题也已经成为研究的热点。
自2002年FCC对UWB频段开放以来，超宽带滤波器已经受到广泛的关注与研究，其结构也是多种多样，诸如：双模环型超宽带滤波器、应用多模谐振的平行耦合线设计出来的超宽带滤波器、具有并联或串联四分之一波长短截线结构的滤波器以及高低通级联的滤波器等[2]-[4]。
然而这些超滤带滤波器设计起来过于复杂，而且尺寸较大，不易于系统的集成。近年来，复合左右手传输线由于其具有小型化、易设计加工等特点，已经被广泛的运用在超宽带滤波器的设计中[5]。但传统的复合左右手传输线结构，其尺寸相对较大，带内插入损耗相对较大且必须满足左右手平衡条件。为此，需要在复合左右手传输线理论的基础上，对传统的复合左右手传输线结构进一步研究，通过引入缺陷地表面简化传统复合左右手结构模型并且去除传统复合左右手结构必须满足的平衡条件，设计出了一种新型的复合左右手传输线结构，并设计出结构紧凑、性能更好的超宽带滤波器。
参考文献：
[1] 蔡彭，超宽带带通滤波器的设计理论及小型化研究，上海大学博士学位论文， 2006.
[2] H. Ishida, and K. Araki, Design and analysis of UWB bandpass filter with ring filter, IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 2004, 3: 1307-1310.
[3] L. Zhu, S. Sun, and W. Menzel, Ultra-wideband(UWB) bandpass filters using multiple-mode resonator, IEEE Microwave and Wireless Components Letter, 2005, 15(11): 796-798.
[4] H. Shaman, and J.-S. Hong, A novel ultra-wideband (UWB) bandpass filter (BPF) with pairs of transmission zeros, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2007, 17(2): 121-123.
[5] Z.-X. Zhang, and S.-J. Xu, A Novel Balun Structure Consisting of Composite Right-Left Handed Transmission Line. Microwave and Optical Technology Letters[J], 2005, 45(5):422-424.
发明内容
本实用新型的所要解决的技术问题是为实现滤波器结构的小型化，提高设计效率，降低加工成本，提供了一种涉及毫米波与微波器件的基于新型的复合左右手传输线结构的超宽带滤波器。
本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种超宽带滤波器，包括介质基片、第一金属贴片、第二金属贴片，所述两个金属贴片分别包覆在介质基片的上、下表面，所述第一金属贴片包括金属片、输入端口和输出端口，在金属片上设置有依次排开的金属化通孔；
第二金属贴片上设置有与第一金属贴片相对应的金属化通孔，第一金属贴片与第二金属贴片通过金属化通孔相连接；
在第二金属贴片上的金属化通孔的周围设置有镂空槽。
优选的，本实用新型的超宽带滤波器，所述金属化通孔的数量为5个。
优选的，本实用新型的超宽带滤波器，所述金属化通孔的孔径为1.5mm。
优选的，本实用新型的超宽带滤波器，相邻金属化通孔的之间的间距为7.5mm。
优选的，本实用新型的超宽带滤波器，所述镂空槽的形状为U型槽。
本实用新型采用上述技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、低损耗；由于该复合左右手结构是从传统的复合左右手结构中演化而来，保留了它固有的低损耗的特性，同时在串联支路上没有引入串联电容，因此电磁波在介质中传播损耗更小。
2、低成本；由于该复合左右手结构仅由单层介质板外加上、下两层金属敷层和中间5个通孔构成，所以可以采用目前非常成熟的单层印刷电路板（PCB）生产工艺来生产，再加上其小型化的特点，整个板材尺寸更小，加工成本十分低廉。
3、尺寸小；由于该结构在传统的复合左右手结构的基础上引入缺陷地表面，代替传统复合左右手结构通过引入短路线来实现并联电感，在满足同样的条件时，结构更加简洁紧凑，尺寸更小。
4、设计过程更为简洁方便；由于该复合左右手结构是对传统复合左右手结构的简化，传统复合左右手结构必须满足左右手平衡条件在该结构中已被消去，大大方便了滤波器带宽的设计。
附图说明
图1是本实用新型的结构的主视图。
图2是本实用新型的结构的俯视图。
图3是本实用新型的结构的仰视图。
图4是本实用新型的传输性能对比曲线图。
图5是本实用新型的群时延测试曲线图。
具体实施方案
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
如图1所示，本实用新型的超宽带滤波器的结构包括介质基片1、第一金属贴片3、第二金属贴片2，两个金属贴片分别包覆在介质基片的两面。
如图2所示，本实用新型的超宽带滤波器的第一金属贴片，由金属片5、输入端口6和输出端口7组成，在金属片5上设置有依次排开的金属化通孔4。
如图3所示，与第一金属贴片相对应，第二金属贴片上面也设置有依次排开的金属化通孔，第一金属贴片与第二金属贴片通过金属化通孔相连接。重要的是，第二金属贴片上有镂空槽8，镂空槽的形状为U型槽，代替了引入短路线来实现并联电感，在满足相同带宽要求时，结构更加紧凑，尺寸更小，实现了滤波器的小型化。
优选的，金属化通孔的数量为5个，金属化通孔的孔径为1.5mm，相邻金属化通孔的之间的间距为7.5mm。
当然，本实用新型的金属化通孔的数量、孔径、相连通孔之间的间距也不仅限于这个数值。通孔的数量决定着滤波器带外特性的好坏，一般来说通孔的数目越多其带外特性越好，但考虑到滤波器的尺寸问题，又不能设置太多，所以可以根据具体指标要求设置合适的过孔数。
金属化过孔的孔径的大小在一定程度上影响着并联电感的大小，然而考虑到波在介质中的传播及加工精度的问题，又不能太大也不能太小，所以可以根据指标要求设置其孔径，一般来说要大于0.6mm小于2mm。
相邻金属化通孔之间的距离决定着串联电感与并联电容的大小，可以根据滤波器带宽指标设置其大小。
如图4所示，显示S21与S11线在工作频带内的仿真与测试数据对比。3分贝带宽3.1GHz-10.6GHz,带内插入损耗在0.5分贝±0.1分贝,回波损耗都在13分贝以下；同时测试与仿真结构吻合的很好。
如图5所示，显示在通带内群时延在0.53ns到0.7ns之间，在通带内群时延变化平缓具有良好的相位特性。
Claims (5)
1.一种超宽带滤波器，包括介质基片、第一金属贴片、第二金属贴片，所述两个金属贴片分别包覆在介质基片的上、下表面，其特征在于：所述第一金属贴片包括金属片、输入端口和输出端口，在金属片上设置有依次排开的金属化通孔；
第二金属贴片上设置有与第一金属贴片相对应的金属化通孔，第一金属贴片与第二金属贴片通过金属化通孔相连接；
所述第二金属贴片上的金属化通孔的周围设置有镂空槽。
2. 根据权利要求1所述的超宽带滤波器，其特征在于：所述金属化通孔的数量为5个。
3. 根据权利要求1或2所述的超宽带滤波器，其特征在于：所述金属化通孔的孔径为1.5mm。
4.根据权利要求1或2所述的超宽带滤波器，其特征在于：相邻金属化通孔的之间的间距为7.5mm。
5. 根据权利要求1所述的超宽带滤波器，其特征在于：所述镂空槽的形状为U型槽。
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