CN206076462U

CN206076462U - 一种劈裂环加载的微波带通滤波器

Info

Publication number: CN206076462U
Application number: CN201620456978.3U
Authority: CN
Inventors: 胡明哲; 曾志伟; 纪登辉; 尹跃
Original assignee: Liupanshui Normal University
Current assignee: Liupanshui Normal University
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2026-05-18

Abstract

本实用新型公开了一种劈裂环微波带通滤波器。包括介质板(1)，介质板(1)上设有金属微带(2)，金属微带(2)的两侧设有金属地(3)；所述的金属微带(2)包括共面波导段(4)，共面波导段(4)经过渡段(5)与人工表面等离激元段(6)连接；所述的人工表面等离激元段(6)上分布有劈裂环加载凹槽(7)。本实用新型具有避免电磁场强烈反射和抗电磁干扰能力强的特点。

Description

一种劈裂环加载的微波带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种通讯领域用的滤波器，特别是一种劈裂环加载的微波带通滤波器。

背景技术

当今大数据时代，随着信息的需求量成爆炸式的增长，移动通讯领域要求能制造出集成度更高的微波器件，然而随着高频集成电路尺寸的不断缩小，技术上出现了一系列问题，例如当微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的电磁干扰噪声，RC延迟等达到极限导致器件工作不稳定，因此现有的微波器件已不能适应当今大规模微波集成电路的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种劈裂环加载的微波带通滤波器。本实用新型具有避免电磁场强烈反射和抗电磁干扰能力强的特点。

本实用新型的技术方案：一种劈裂环加载的微波带通滤波器，包括介质板，介质板上设有金属微带，金属微带的两侧设有金属地；所述的金属微带包括共面波导段，共面波导段经过渡段与人工表面等离激元段连接；所述的人工表面等离激元段上分布有劈裂环加载凹槽。

前述的劈裂环加载的微波带通滤波器中，所述的劈裂环加载凹槽的槽口宽度w1的取值为1.0～4.0mm，槽深Ch1的取值为3～6mm，槽型周期p为3～8mm。

前述的劈裂环加载的微波带通滤波器中，所述的劈裂环加载凹槽的劈裂环大环内径R1为1.0～2.0mm，劈裂环大环外径R2为1.5～2.5mm；所述的劈裂环加载凹槽的劈裂环小环内径R3为0.5～1.5mm,劈裂环小环外径R4为0.8～2.0mm；所述的劈裂环加载凹槽的外缘半径R为2.0～3.0mm，劈裂环大环、小环的环宽w2为0.1～0.6mm。

前述的劈裂环加载的微波带通滤波器中，所述的劈裂环加载凹槽的大环和小环的裂隙d3为0.1～0.5mm。

前述的劈裂环加载的微波带通滤波器中，处于过渡段位置的金属地的边缘为，满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L₁)/L₂)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为5～8mm；g为金属微带与金属地间距，其取值为0.3～1mm，w为金属地宽度，其取值为20～35mm，L₁为共面波导段的长度，其取值为5～15mm，L₂为过渡段长度，取值为50～80mm。

前述的劈裂环加载的微波带通滤波器中，所述的过渡段上设有深度渐变的劈裂环加载凹槽。

与现有技术相比，本实用新型在共面波导段(以下用其长度符号L₁替代)和人工表面等离激元段(以下用其长度符号L₃替代)间设置过渡段(以下用其长度符号L₂替代)，通过该结构，实现了电磁场在L₁和L₃中传播的平稳过渡，避免了电磁场由准TEM模式转化为SSPPs模式传播时因模式和阻抗不匹配而出现的强烈的微波电场反射；申请人经过大量实验发现，当处于L₂位置的金属地的边缘满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L₁)/L₂)-1)/(expa-1)方程，其中曲线形状系数a为5～20、金属微带宽度h为5～8mm、金属微带与金属地间距g为0.3～1mm、金属地宽度w为20～35mm、共面波导段长度为L₁为5～15mm，过渡段长度L₂为50～80mm时，电磁场传播的过渡最平稳。不仅如此，本实用新型在L₂上还设有深度渐变的劈裂环加载凹槽；通过该结构，可进一步实现准TEM模式向SSPPs模式的过渡，减少微波电场反射。本实用新型通过在L₃上设置一系列的劈裂环加载凹槽；通过该结构，使得电磁波在传输时被束缚在劈裂环加载凹槽周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得抗电磁干扰能力大大增强，同时也增强了高密度微波集成电路工作时的稳定性，不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本实用新型还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现高的集成度和器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展。本实用新型还能通过调节劈裂环加载凹槽的几何尺寸来调控微波传输线的截止频率和电磁场分布，同时调整电磁波的束缚效果，申请人在进行大量试验后发现，当w1在1.0～4.0mmmm间，Ch1在3～6mm间，p 在3～8mm间，R1、R2分别在1.0～2.0mm、1.5～2.5mm间，R3、R4分别在0.5～1.5mm、0.8～2.0mm间，R在2.0～3.0mm间，w2在0.1～0.6mm间和d3为0.1～0.5mm时，劈裂环加载凹槽对电磁场具有很好的束缚效果。

为了更好地证明本实用新型的有益效果，申请进行了如下实验：申请人设计一个劈裂环加载的微波带通滤波器样品，样品的参数如表1。

表1 微波滤波器样品各部分参数(单位：mm)

该样品的介质板采用介电常数为2.65的基片，对该样品的滤波特性曲线经时域有限差分计算如图3所示，图3中S11为滤波器反射系数，S21为滤波器传输系数，该样品为带通滤波，其-3dB通带为2.1692GHz到6.8938GHz，样品在整个通带内纹波抖动优于1.1dB，通带内反射小于-11.8dB。

为了说明本实用新型中过渡段的有益效果，申请人设计了两个对比滤波器：一个是含过渡段L₂但L₂上未设有深度渐变的劈裂环加载凹槽的滤波器，其介质板的介电常数同为2.65，其他结构参数同表1；对其滤波特性曲线经时域有限差分计算如图4所示。由图4得知，该滤波器通带内高频段反射系数超过-10dB，由此可知，深度渐变的劈裂环加载凹槽具有良好地模式和阻抗匹配效果，使滤波器的反射特性得到有效改善。

另一个是完全不含过渡段L₂的滤波器，其介质板的介电常数同为2.65，其他结构参数同表1，对该滤波器的反射特性曲线经时域有限差分计算，计算结果如图5所示。由图5得知，该样品基本没有滤波效果，绝大部分频段的反射系数都大大超过-10dB。

综上，由图3、图4和图5的对比可知，设置深度渐变的劈裂环加载凹槽的过渡段能使该样品的反射特性得到极大地改善。

图6为样品在4GHz频段工作时，劈裂环加载凹槽周围的电场分布图，由图6可见，其电场主要束缚于劈裂环加载凹槽周围，扩散较小。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A处的结构示意图；

图3是样品的S参数曲线图。

图4是采用过渡段但过渡段未设置深度渐变的劈裂环加载凹槽的滤波器的S参数曲线图；

图5是不采用过渡段的滤波器的S参数曲线图；

图6是滤波器样品在4GHz频段工作时，劈裂环加载凹槽法线方向电场分布图。

附图中的标记为：1-介质板，2-金属微带，3-金属地，4-共面波导段，5-过渡段，6-人工表面等离激元段,7-劈裂环加载凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例。一种劈裂环微波带通滤波器，构成如图1和2所示，包括介质板1，介质板1上设有金属微带2，金属微带2的两侧设有金属地3；所述的金属微带2包括共面波导段4，共面波导段4经过渡段5与人工表面等离激元段6连接；所述的人工表面等离激元段6上分布有劈裂环加载凹槽7。

前述的劈裂环加载凹槽7的槽口宽度w1的取值为1.0～4.0mm，槽深Ch1的取值为3～6mm，槽型周期p为3～8mm。

前述的劈裂环加载凹槽7的劈裂环大环内径R1为1.0～2.0mm，劈裂环大环外径R2为1.5～2.5mm；所述的劈裂环加载凹槽7的劈裂环小环内径R3为0.5～1.5mm,劈裂环小环外径R4为0.8～2.0mm；所述的劈裂环加载凹槽2的外缘半径R为2.0～3.0mm，劈裂环大环、小环的环宽w2为0.1～0.6mm。

前述的劈裂环加载凹槽7的大环和小环的裂隙d3为0.1～0.5mm。

处于过渡段5位置的金属地3的边缘为，满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L₁)/L₂)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为5～8mm；g为金属微带2与金属地3间距，其取值为0.3～1mm，w为金属地宽度，其取值为20～35mm，L₁为共面波导段的长度，其取值为5～15mm，L₂为过渡段长度，取值为50～80mm。

前述的过渡段5上设有深度渐变的劈裂环加载凹槽7。

本实用新型的工作原理：准TEM模式的电磁场由左边的共面波导段4传输到过渡段5，在过渡段5中逐渐渐变为SSPPs模式的电磁场，且在过渡段5中准TEM模式和SSPPs模式的电磁场共存，当电磁场到达人工表面等离激元段6时，完全转化为SSPPs模式的电磁场，并在L₃进行传输，传输后SSPPs模式电磁场又经过右边的过渡段转化为准TEM模式的电磁场由右边的共面波导段输出。当电磁场在共面波导段4传播，该段内电磁场的模式为准TEM模式，该模式电磁场被束缚在共面波导段4与金属地3间的介质板内；在过渡段5传播时，该段内准TEM模式与SSPPs模式共存，其中准TEM模式电磁场被束缚在过渡段5与金属地3间的介质板内，SSPPs模式电磁场被束缚在劈裂环加载凹槽周围；在L₃进行传播时，该段内为SSPPs模式，该模式电磁场被束缚在劈裂环加载凹槽周围。

Claims

1.一种劈裂环加载的微波带通滤波器，其特征在于：包括介质板（1），介质板（1）上设有金属微带（2），金属微带（2）的两侧设有金属地（3）；所述的金属微带（2）包括共面波导段（4），共面波导段（4）经过渡段（5）与人工表面等离激元段（6）连接；所述的人工表面等离激元段（6）上分布有劈裂环加载凹槽（7）；所述的劈裂环加载凹槽（7）的槽口宽度w1的取值为1.0～4.0mm，槽深Ch1的取值为3～6mm，槽型周期p为3～8mm；所述的劈裂环加载凹槽（7）的劈裂环大环内径R1为1.0～2.0mm，劈裂环大环外径R2为1.5～2.5mm；所述的劈裂环加载凹槽（7）的劈裂环小环内径R3为0.5～1.5mm,劈裂环小环外径R4为0.8～2.0mm；所述的劈裂环加载凹槽（7）的外缘半径R为2.0～3.0mm，劈裂环大环、小环的环宽w2为0.1～0.6mm。

2.根据权利要求1所述的劈裂环加载的微波带通滤波器，其特征在于：所述的劈裂环加载凹槽（7）的大环和小环的裂隙d3为0.1～0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的劈裂环加载的微波带通滤波器，其特征在于：处于过渡段（5）位置的金属地（3）的边缘为，满足Y=h+g+w*(exp(a*(X-L₁)/L₂)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为5～8mm；g为金属微带（2）与金属地（3）间距，其取值为0.3～1mm，w为金属地宽度，其取值为20～35mm，L₁为共面波导段的长度，其取值为5～15mm，L₂为过渡段长度，取值为50～80mm。

4.根据权利要求1或2所述的劈裂环加载的微波带通滤波器，其特征在于：所述的过渡段（5）上设有深度渐变的劈裂环加载凹槽（7）。