專利名稱：一種小型化可調(diào)帶阻濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域，可應用于超寬帶無線通信系統(tǒng)、寬帶雷達系統(tǒng)中的信號濾波。
背景技術(shù)：
隨著GSM、WLAN、UffB等無線通信系統(tǒng)的相繼出現(xiàn)，可利用的頻譜已非常有限，為改善現(xiàn)有以及未來無線系統(tǒng)的性能，可調(diào)帶阻濾波器受到廣泛的關(guān)注并在無線通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。比如，不斷涌現(xiàn)的UWB技術(shù)需要一個很寬的頻譜，但有限的頻譜資源往往用于多個場合，這就意味著在UWB無線通信系統(tǒng)中存在著大量不需要的信號，并且該信號隨著時間和地點的變化可能不斷改變，干擾了 UWB系統(tǒng)范圍內(nèi)的有用信號。上述問題的一個解決方案就是在UWB帶通濾波器的通帶內(nèi)引入電可調(diào)帶阻濾波器從而濾除系統(tǒng)中變化的干擾信號。由于缺陷地結(jié)構(gòu)的慢波效應和顯著阻帶等特性，近幾年來，利用可調(diào)節(jié)的缺陷地諧振結(jié)構(gòu)和加載的變?nèi)荻O管已成為實現(xiàn)小型化可調(diào)帶阻濾波器的一種有效方法?？紤]到共面波導所有導體均位于同一個平面內(nèi)，為串并聯(lián)集總元件的安裝提供了極大的便利這一優(yōu)點，基于共面波導的缺陷地結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)可調(diào)帶阻濾波器將具有明顯優(yōu)勢。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，2006年9月Amr Μ. E. Safwat等人在 IEEETransaction on Microwave Theory and Techniques,54 卷 M^M 發(fā)表 了〃 Tunable bandstop defected ground structure resonator using reconfigurable dumbbell-shaped coplanar waveguide (利用可配置啞鈴形狀共面波導實現(xiàn)可調(diào)帶阻缺陷地諧振器)“，該論文提出了一種改進的共面波導啞鈴形狀缺陷地諧振結(jié)構(gòu)并在此基礎(chǔ)上利用變?nèi)荻O管實現(xiàn)可調(diào)帶阻，但是該可調(diào)帶阻濾波器的小型化以及更大的帶阻調(diào)節(jié)范圍仍需要進一步研究。檢索中還發(fā)現(xiàn)，2010年 7 月 Heba B. El-Shaarawy 等人在 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Jl M ^ " A novel compact reconfigurable defected ground structure resonator on coplanar waveguide technology for filter applications (—種可應用于濾波器的新穎緊湊型可配置共面波導缺陷地結(jié)構(gòu)諧振器)“，該論文提出了一種緊湊的可調(diào)節(jié)帶阻濾波器，但是該可配置缺陷地結(jié)構(gòu)在二極管導通和截止時分別出現(xiàn)一個和兩個帶阻，并且由于這種配置方式下的二極管直流偏置很難實施，論文沒有給出帶阻的可調(diào)范圍，以上均限制了該濾波器的實際應用； 同時，其小型化也需進一步考慮。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提出了一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，以克服現(xiàn)有的基于共面波導缺陷地結(jié)構(gòu)可調(diào)帶阻濾波器尺寸較大、帶阻可調(diào)范圍較小以及直流偏置難施加等缺點。
本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器，包括共面波導傳輸線、缺陷地單元和可調(diào)帶阻實現(xiàn)三部分，其特征是共面波導傳輸線由介質(zhì)層[10]上的中心導體帶[1]和兩側(cè)的接地單元[2]構(gòu)成；缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側(cè)接地單元[2]上的兩個正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，其中外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]通過橫向缺口和共面波導中心導體帶 [1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]通過橫向缺口與外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]相連；可調(diào)帶阻由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上的變?nèi)荻O管[5]及施加的直流偏置實現(xiàn)，該直流偏置通過在共面波導兩側(cè)接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個偏置焊盤[6、7]來實施，偏置焊盤[7]經(jīng)導線[8]與內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個偏置焊盤[6、 7]通過射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號和直流信號之間的相互干擾。所述缺陷地單元中的內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]以及橫向缺口的寬度應相等，以減小電磁波在該單元中傳播由于阻抗不連續(xù)性而引起的損耗。所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器可以通過增加內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]尺寸達到更低的諧振頻率，從而進一步實現(xiàn)小型化以滿足實際的應用需求。所述小型化可調(diào)帶阻濾波器的帶阻可調(diào)范圍取決于所選變?nèi)荻O管的電容變化范圍。本發(fā)明通過充分利用改進型 鈴形狀缺陷地結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間和共面波導傳輸線自身優(yōu)勢實現(xiàn)的小型化可調(diào)帶阻濾波器，具有阻帶外插入損耗小、阻帶內(nèi)抑制大、帶阻可調(diào)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單、直流偏置易施加等優(yōu)點，并且該濾波器尺寸小，非常有利于和超寬帶無線通信系統(tǒng)、寬度雷達系統(tǒng)中的其它射頻電路集成，為其實際應用增加了便利。


圖1是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器總體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器在變?nèi)荻O管電容為0. 5pF，2. OpF和6. 5pF 時仿真的傳輸系數(shù)和頻率關(guān)系圖。圖4是本發(fā)明小型化可調(diào)帶阻濾波器在變?nèi)荻O管電容為0. 5pF，2. OpF和6. 5pF 時仿真的反射系數(shù)和頻率關(guān)系圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器，一個實施例的正面結(jié)構(gòu)布局如圖1所示， 其總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖1和圖2中的共面波導傳輸線由介質(zhì)層[10]上的中心導體帶[1]和兩側(cè)的接地單元[2]構(gòu)成。中心導體帶[1]與兩側(cè)的接地單元[2]形成的缺口槽寬度由所需的特性阻抗確定，取決于介質(zhì)層[10]的介電常數(shù)與厚度以及中心導體帶[1]的寬度。本實施例中， 介質(zhì)層[10]的介電常數(shù)為9. 6，厚度為0.8mm，中心導體帶[1]的寬度為3mm，為達到50歐姆的特性阻抗，缺口槽寬度選擇為0. 8mm。圖1和圖2中的缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側(cè)接地單元[2]上的兩個正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，其中外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]通過橫向缺口和共面波導中心導體帶[1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]通過橫向缺口與外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]相連。相比較改進的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)，該缺陷地單元通過引入內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]來增加電磁波的傳播路徑，從而實現(xiàn)小型化，并且隨著內(nèi)側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]邊長的增加，缺陷地單元的諧振頻率將進一步降低，從而達到進一步的小型化以滿足實際的應用需求。內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]的寬度以及橫向缺口的寬度應選擇相等，以減小電磁波在該單元中傳播由于阻抗不連續(xù)而引起的能量損耗。內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]以及橫向缺口的尺寸可根據(jù)濾波器的具體設(shè)計要求確定，該缺陷地單元總的平均周長約為其諧振頻率對應波導波長的一半。在該實施例中，外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]的邊長為8mm，內(nèi)側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)W]的邊長為3mm，正方形環(huán)的寬度以及橫向缺口的長度與寬度均選擇為0. 5mm，得到的小型化缺陷地單元諧振頻率為2. 52GHz，而此時普通的改進型啞鈴結(jié)構(gòu)缺陷地單元諧振頻率為2. 92GHz。當小型化缺陷地單元內(nèi)側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)W]的邊長增加為6mm時，與普通的改進型啞鈴結(jié)構(gòu)缺陷地單元相比，可以獲得55. 的尺寸減小。圖1和圖2中的可調(diào)帶阻實現(xiàn)由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上的變?nèi)荻O管[5]及施加的直流偏置完成，該直流偏置通過在共面波導兩側(cè)接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個偏置焊盤[6、7]來實施，偏置焊盤[7]經(jīng)導線[8]與內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個偏置焊盤[6、7] 通過射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號和直流信號之間的相互干擾。帶阻的可調(diào)范圍取決于所選變?nèi)荻O管的電容變化范圍。蝕刻的矩形單元尺寸主要依賴于選擇的射頻扼流圈封裝尺寸大小，該矩形單元應盡可能小以減少濾波器的輻射損耗和對缺陷地單元諧振頻率造成的影響。該實施例中矩形單元的大小為8mm*3mm;射頻扼流圈封裝為1206，大小為 47 μ H;變?nèi)荻O管橫跨在左邊距離缺口槽1.5mm處的外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上，該二極管在反偏電壓從IV到28V改變時，電容變化范圍為0. 5pF-6. 5pF ；整個可調(diào)帶阻濾波器的大小為25mm*40mm。圖3與圖4分別給出了本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器在變?nèi)荻O管電容為 0. 5pF，2. OpF和6. 5pF時仿真的傳輸系數(shù)和頻率關(guān)系圖以及反射系數(shù)和頻率關(guān)系圖。從兩圖中均可以看出，隨著變?nèi)荻O管電容的變化，該可調(diào)帶阻濾波器的阻帶中心頻率也發(fā)生了變化，分別為2. 30GHz、1. 94GHz和1. 75GHz，帶阻的可調(diào)范圍為0. 55GHz，達到了其中心頻率的27. 2%，并且阻帶內(nèi)最大抑制為35dB。通過增加變?nèi)荻O管的電容變化范圍，該帶阻濾波器的可調(diào)范圍可進一步增加。雖然在上述實施例的基礎(chǔ)上對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明并不局限于此，具有相關(guān)領(lǐng)域背景知識的人可以在此基礎(chǔ)上進行多種變形。例如，可以將變?nèi)荻O管橫跨在內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)新的可調(diào)帶阻。因此，這種變形以及其它符合本發(fā)明的思想，都應屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，包括共面波導傳輸線、缺陷地單元和可調(diào)帶阻實現(xiàn)三部分，其特征在于共面波導傳輸線由介質(zhì)層[10]上的中心導體帶[1]和兩側(cè)的接地單元 [2]構(gòu)成；缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側(cè)接地單元[2]上的兩個正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，其中外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]通過橫向缺口和共面波導中心導體帶[1]與接地單元[2]形成的缺口槽相連，內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]通過橫向缺口與外側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]相連；可調(diào)帶阻由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3]上的變?nèi)荻O管 [5]及施加的直流偏置實現(xiàn)，該直流偏置通過在共面波導兩側(cè)接地單元[2]邊緣處蝕刻的矩形單元中添加兩個偏置焊盤[6、7]來實施，偏置焊盤[7]經(jīng)導線[8]與內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]之間的金屬塊相連，偏置焊盤[6]接外部直流輸入，兩個偏置焊盤[6、7]通過射頻扼流圈[9]連接，以阻止射頻信號和直流信號之間的相互干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器，其特征在于缺陷地單元中的內(nèi)外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[3、4]以及橫向缺口的寬度應相等，以減小電磁波在該單元中傳播由于阻抗不連續(xù)而引起的能量損耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器，其特征在于通過增加內(nèi)側(cè)的正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)[4]尺寸可以達到更低的諧振頻率，從而進一步實現(xiàn)小型化以滿足實際的應用需求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化可調(diào)帶阻濾波器，其特征在于帶阻的可調(diào)范圍取決于所選變?nèi)荻O管的電容變化范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型化可調(diào)帶阻濾波器，屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域。該濾波器包括共面波導傳輸線、缺陷地單元和可調(diào)帶阻實現(xiàn)三部分，其中缺陷地單元由蝕刻在共面波導傳輸線兩側(cè)接地單元上的兩個正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)組成，可調(diào)帶阻由橫跨在外側(cè)正方形環(huán)諧振結(jié)構(gòu)上的變?nèi)荻O管及施加的直流偏置實現(xiàn)。本發(fā)明提出的小型化可調(diào)帶阻濾波器具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、阻帶內(nèi)抑制大、帶阻可調(diào)范圍大、易于和其它射頻電路集成等優(yōu)點。
文檔編號H01P1/203GK102354779SQ20111029817
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何偉, 寧煥生, 汪俊 申請人:北京航空航天大學