CN214254686U - 一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，包括介质基板，所述介质基板上通过耦合结构连接阻抗单元，所述阻抗单元上安装有多个谐振单元，所述叉指耦合结构的下端设置有陷波结构，所述谐振单元为电磁带隙结构，所述耦合结构为叉指耦合结构。本实用新型可以实现完美的超宽带效果，由于采用叉指耦合结构能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力，采用谐振单元与阻抗单元结合，在通带范围内产生4个谐振点，调节阻抗比和电长度，可以使其有效的落在通带范围内实现超宽带的设计，采用的谐振单元为电磁带隙结构，利用电磁带隙结构的频率带隙特性，可以有效地抑制高次谐波。

Description

一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器

技术领域

本公开属于滤波器技术领域，尤其涉及一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着无线通信技术及无线多媒体业务的飞速发展，超宽带 (UWB)以其高速率、低功耗、高保密性以及抗干扰能力强等优点，具有非常广阔的应用前景和相当巨大的市场价值。美国联邦通讯委员会(FCC)于2002年2月批准了超宽带技术在短距离无线通信领域的应用。这为超宽带技术产品的商业化应用打开了大门，促进了超宽带系统及其器件研究的进展。根据FCC的规定，室内超宽带通信系统使用的频带为3.1GHz～10.6GHz。

UWB技术最基本的工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲，接收机直接用一级前端交叉相关器即可将脉冲序列转换成基带信号。由于UWB技术独特的工作方式，使得UWB 系统具有其他通信系统所没有的优势。

随着超宽带无线通信技术的迅猛发展，对超宽带无线通信电子设备提出了更高的要求，高可靠性、小型化已经成为超宽带无线通信系统发展的必然趋势，滤波器在超宽带无线通信系统中起着选择有用信号、抑制干扰信号的重要作用，是超宽带无线通信系统中必不可少的重要元件，其工作性能好坏直接影响到超宽带无线通信系统的整体性能，其尺寸大小也直接影响到超宽带无线通信系统的体积和成本。

作为超宽带系统中的一种核心器件，超宽带滤波器的研究成为学者们的关注热点。目前，UWB滤波器的设计主要有以下几个难点： (1)超宽带滤波器要求具有110％的相对带宽，常用的一些窄带滤波器设计方法不可行；(2)超宽带滤波器要求带内具有较小和平坦的群时延。(3)超宽带系统频带跨度大，容易受到带内其它系统窄带信号的干扰，如何抑制干扰信号也是设计难点。

多模谐振器(MMR)由两端相同的高阻抗段和中间一个低阻抗段的阶梯阻抗结构构成，各个部分的初始电长度分别为所需设计多模谐振频率的1/4和1/2波长，根据具体的滤波器结构对其电长度进行调节，可以获得所需要的滤波特性。

2006年，有相关研究人员提出基于多模谐振器(MMR)的超宽带带通滤波器，输入输出端口采用平行耦合线或叉指耦合结构耦合能量。利用多模谐振器的三个谐振模式，控制滤波器的通带范围正好在 UWB频段内，调节耦合线的长短和间距可以改变耦合的强弱和谐振点的频率。这种滤波器结构原理清晰，结构简单，易于实现，但是寄生通带效应比较严重，通常阻带较窄，频率选择特性不够突出。

2007年，又有相关人员提出利用共面波导(CPW)结构可实现超宽带滤波器。该滤波器由阶跃阻抗结构SIR(stepped impedance resonator) 的微带传输线谐振器组成，可实现多个谐振模式，通过叉指线耦合来实现超宽带特性。通过调节叉指耦合结构的长度以及改变耦合结构两边地的形状，可获得2.8～10.2GHz带宽的滤波特性。通带范围内的插损小于1.5dB，群时延在0.25～0.58ns的范围内。

本实用新型给出一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，该滤波器采用叉指耦合结构能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力，介质基板集成阻抗单元和谐振单元，谐振单元为电磁带隙结构，阻抗单元与谐振单元结合，在通带范围内产生4个谐振点，不仅实现超宽带的设计，而且利用电磁带隙结构的频率带隙特性，可以有效地抑制高次谐波，插入损耗低于15dB的阻带范围达到了34GHz，电磁带隙结构单元采用镂空结构可以保证不影响原来的谐振性能的同时，增强通带性能，所述陷波结构为折叠拱形线结构，该结构等效于一个串联的 LC谐振电路，具有遏制电流的作用，当通带产生谐振时，调节折叠拱形耦合线的长度，就能够有效的分配陷波在通带内位置，实现双通带特性，该滤波器具有良好的超宽带特性，结构简单，不仅大大减小了滤波器体积，且比较容易和射频前端等微波集成电路集成。

实用新型内容

为了解决上述问题，本公开提供一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其具有良好的宽频带特性和全向辐射特性，且具有高频抑制特性，采用电磁带隙结构和阻抗单元结构复合的方式实现超宽带设计，采用折叠拱形线结构，该结构等效于一个串联的LC谐振电路，具有遏制电流的作用，当通带产生谐振时，调节折叠拱形耦合线的长度，就能够有效的分配陷波在通带内位置，实现双通带特性，采用的镂空结构可以保证不影响原来的谐振性能的同时，增强通带性能，从而实现超宽带系统和窄带系统的协同通信。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，包括：

介质基板，所述介质基板上通过耦合结构连接阻抗单元，所述阻抗单元上安装有多个谐振单元，所述叉指耦合结构的下端设置有陷波结构。

进一步地，所述谐振单元为电磁带隙结构。

进一步地，所述耦合结构为叉指耦合结构。

进一步地，所述阻抗单元与谐振单元结合，在通带范围内产生4 个谐振点。

进一步地，所述电磁带隙结构采用镂空结构。

进一步地，所述镂空结构为圆形镂空。

进一步地，所述谐振单元为矩形结构或圆形结构。

进一步地，所述陷波结构为折叠拱形线结构。

进一步地，所述阻抗单元和谐振单元集成在介质基板上。

进一步地，所述介质基板为聚四氟乙烯板。

本公开的有益效果是：

本公开可以实现完美的超宽带效果，由于采用叉指耦合结构能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力，采用谐振单元与阻抗单元结合，在通带范围内产生4个谐振点，调节阻抗比和电长度，可以使其有效的落在通带范围内实现超宽带的设计，采用的谐振单元为电磁带隙结构，利用电磁带隙结构的频率带隙特性，可以有效地抑制高次谐波，插入损耗低于15dB的阻带范围达到了34GHz，采用的镂空结构可以保证不影响原来的谐振性能的同时，增强通带性能，利用折叠拱形线结构，该结构等效于一个串联的LC谐振电路，具有遏制电流的作用，当通带产生谐振时，调节折叠拱形耦合线的长度，就能够有效的分配陷波在通带内位置，实现双通带特性，本实用新型设计的滤波器结构简单，紧凑，体积小，加工方便，成本低。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器结构示意图；

其中，1、阻抗单元；2、谐振单元；3、镂空结构；4、叉指耦合结构；5、陷波结构；6、介质基板。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1所示，本实施例的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，包括阻抗单元1、谐振单元2、镂空结构3、叉指耦合结构4、陷波结构5和介质基板6，为了减小滤波器的体积，将阻抗单元弯折起来，不仅使得滤波器的结构更为紧凑，更能很好的实现通信，该滤波器不仅能实现3.1G到10.6G的超宽带通信，而且可以有效地抑制高次谐波，插入损耗低于15dB的阻带范围达到了34GHz。

本实施例滤波器的结构简单、体积小，印刷在介质基板的两面，便于批量生产，调试，且成本低廉，所述谐振单元2安装在所述阻抗单元1上，谐振单元2采用电磁带隙结构，利用电磁带隙结构的频率带隙特性，可以有效地抑制高次谐波，谐振单元2采用的镂空结构3可以保证不影响原来的谐振性能的同时，增强通带性能，该滤波器具有良好的超宽带特性，采用叉指耦合结构4能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力。所述陷波结构5具有遏制电流的作用，当通带产生谐振时，调节折叠拱形耦合线的长度，就能够有效的分配陷波在通带内位置，实现双通带特性，所述介质基板6集成阻抗单元1和谐振单元2，从而实现超宽带系统和窄带系统的协同通信。通过调节谐振单元2的阻抗比和电长度，可以改变4个谐振点的位置，满足超宽带要求。本实用新型采用印刷圆形多模谐振腔结构和阻抗单元结构复合的方式实现超宽带与窄带协同通信，不仅大大减小了滤波器体积，且比较容易和射频前端等微波集成电路集成。

所述谐振单元2为电磁带隙结构单元，所述谐振单元2为矩形结构或圆形结构，其可以设计不同形状和结构的谐振腔，镂空结构3为圆形结构，耦合结构4为叉指耦合结构，陷波结构5为折叠拱形线结构。

所述介质基板6为聚四氟乙烯板，该基板价格较低，损耗较小，基于上述要求。在实际中，可根据实际应用采用介电常数损耗角小的介质基板，如介电常数损耗角小于10-3的基板。本实用新型采用的介质基板的厚度为1.6mm，满足所需的强度。

作为一种实施方式，

为了采用平面印刷滤波器结构，同时又能满足其超宽带特性需求，本实用新型采用以下几种措施：

利用叉指耦合结构能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力。

利用谐振单元结构和阻抗单元复合的形式实现平面印刷滤波器线结构，有效减小滤波器的体积和尺寸，满足小型化滤波器的设计，扩展滤波器的带宽，同时也便于实现和微波集成电路集成化设计。

利用谐振单元，在通带范围内产生4个谐振点，调节阻抗比和电长度，可以使其有效的落在通带范围内，实现超宽带的设计。

利用谐振单元结构为电磁带隙结构，利用电磁带隙结构的频率带隙特性，可以有效地抑制高次谐波，插入损耗低于15dB的阻带范围达到了34GHz。

利用谐振单元镂空结构，可以保证不影响原来的谐振性能的同时，增强通带性能，使该滤波器具有良好的超宽带特性。

利用陷波结构为折叠拱形线结构，该结构等效于一个串联的LC 谐振电路，具有遏制电流的作用，当通带产生谐振时，调节折叠拱形耦合线的长度，就能够有效的分配陷波在通带内位置，实现双通带特性。

工作原理：

本实用新型所设计的叉指耦合结构，能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力，圆形谐振单元结构和阻抗单元结构组成复合结构的超宽带滤波器，在通带范围内产生4个谐振点，调节阻抗比和电长度，可以使其有效的落在通带范围内，使其实现3.1GHz到10.6GHz的超宽带通信的需要，并且谐振单元结构采用电磁带隙结构，可以有效地抑制高次谐波，插入损耗低于15dB的阻带范围达到了34GHz，谐振单元的镂空结构可以增强通带性能，利用折叠拱形线结构，该结构等效于一个串联的LC谐振电路，具有遏制电流的作用，当通带产生谐振时，调节折叠拱形耦合线的长度，就能够有效的分配陷波在通带内位置，实现双通带特性，本实用新型设计的滤波器结构简单，紧凑，体积小，加工方便，成本低。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，包括：

介质基板，所述介质基板上通过耦合结构连接阻抗单元，所述阻抗单元上安装有多个谐振单元，所述耦合结构的下端设置有陷波结构。

2.如权利要求1所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述谐振单元为电磁带隙结构。

3.如权利要求1所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述耦合结构为叉指耦合结构。

4.如权利要求1所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述阻抗单元与谐振单元结合，在通带范围内产生4个谐振点。

5.如权利要求2所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述电磁带隙结构采用镂空结构。

6.如权利要求5所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述镂空结构为圆形镂空。

7.如权利要求4所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述谐振单元为矩形结构或圆形结构。

8.如权利要求1所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述陷波结构为折叠拱形线结构。

9.如权利要求1所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述阻抗单元和谐振单元集成在介质基板上。

10.如权利要求1所述的一种电磁带隙结构的超宽带双通滤波器，其特征在于，所述介质基板为聚四氟乙烯板。

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