專利名稱：基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及簡化對(duì)偶左右手傳輸線結(jié)構(gòu)以及利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的超寬帶帶通濾波器。
背景技術(shù)：
2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)將3.1GHfl0.6GHz的頻段開放為自由室內(nèi)無線短距離通信頻段，由于超寬帶(UWB)系統(tǒng)具有高速率、低功耗、低復(fù)雜度和低功率譜密度的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來無線通信重要發(fā)展方向之一。作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)關(guān)鍵部件的超寬帶帶通濾波器，更是受到了越來越多研究人員的重視。由于傳統(tǒng)濾波器理論是基于窄帶假設(shè)的基礎(chǔ)之上的，很難用來設(shè)計(jì)UWB帶通濾波器。目前采用高低通濾波器級(jí)聯(lián)的方法可以實(shí)現(xiàn)UWB帶通濾波器，該方法能很好地滿足UWB的通帶要求，但是電路尺寸不夠緊湊。2004年，C.Caloz, T.1toh等人提出了復(fù)合左右手傳輸線結(jié)構(gòu)，由于其具有左手特性，將其應(yīng)用于UWB濾波器設(shè)計(jì)，能很好地減小電路的物理尺寸，但是電路實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器，該濾波器具有3.1GHfl0.6GHz的通帶，能很好地滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)的多頻帶和寬頻帶要求。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器，該濾波器包括至少一個(gè)具有高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元和至少一個(gè)具有低通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元，這兩個(gè)對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元之間級(jí)聯(lián)；實(shí)現(xiàn)高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元包括串聯(lián)的第一電容C1、第二電容C2、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第三電容C3、第一電感L1，第一電容C1、第二電容C2關(guān)于該并聯(lián)支路對(duì)稱；實(shí)現(xiàn)低通通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元包括串聯(lián)的第二電感L2、第三電感L3、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第四電容C4和第四電感L4,第二電感L2、第三電感L3關(guān)于該并聯(lián)支路對(duì)稱。該濾波器由上到下分別是第一金屬層、上介質(zhì)層、第二金屬層、下介質(zhì)層和接地板，其中，串聯(lián)的第一電容C1、第二電容C2由位于第一金屬層和第二金屬層的第
一metal-1nsulator-metal 電容、第二 metal-1nsulator-metal 電容實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)支路上的第三電容C3由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱構(gòu)成的平板電容實(shí)現(xiàn)，第一metal-1nsulator-metal電容、第二 metal-1nsulator-metal電容正下方的接地板上分別蝕刻有第一矩形槽和第二矩形槽；金屬柱通過一段第一窄微帶線接地，金屬柱和第一窄微帶線周圍的接地板蝕刻有窄槽，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路上的第一電感L1;其中，串聯(lián)的第二電感L2、第三電感L3由第一金屬層上的第二窄微帶線和第三窄微帶線實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)支路上的第四電容C4由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱構(gòu)成的平板電容實(shí)現(xiàn)，金屬柱通過一段第四窄微帶線接地，金屬柱和第四窄微帶線周圍的接地板蝕刻有窄槽，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路上的第四電感L4。所述的第一電容C1和第二電容C2相等，第二電感L2和第三電感L3相等。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型利用簡化對(duì)偶左右手傳輸線單元分別實(shí)現(xiàn)高通特性和低通特性，設(shè)計(jì)方法簡單易行，根據(jù)通帶范圍就能確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且有效地降低了電路的復(fù)雜度。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型提出的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型提出的等效電路原理圖。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型仿真得到的S參數(shù)和群時(shí)延圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)由上到下分別是第一金屬層、上介質(zhì)層、第二金屬層、下介質(zhì)層和接地板，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)具有高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元和至少一個(gè)具有低通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元。實(shí)現(xiàn)高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元由串聯(lián)電容，并聯(lián)支路上的串聯(lián)電容和和串聯(lián)電感構(gòu)成，其中串聯(lián)電容由位于第一金屬層和第二金屬層的metal-1nsulator-metal電容實(shí)現(xiàn),并聯(lián)支路的串聯(lián)電容由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱間的平板電容實(shí)現(xiàn)，金屬柱通過一段窄微帶線接地，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路的串聯(lián)電感。實(shí)現(xiàn)低通通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單兀由串聯(lián)電感，并聯(lián)支路上的串聯(lián)電容和和串聯(lián)電感構(gòu)成，其中串聯(lián)電感由第一金屬層上的一段窄微帶線實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)支路的串聯(lián)電容由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱間的平板電容實(shí)現(xiàn)，金屬柱通過一段窄微帶線接地，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路的串聯(lián)電感。下面結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。實(shí)施例:首先參考圖1的本實(shí)用新型的利用簡化對(duì)偶復(fù)合左右手單元實(shí)現(xiàn)的超寬帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)用新型所述的利用簡化對(duì)偶左右手單元實(shí)現(xiàn)的超寬帶帶通濾波器，由上到下分別是第一金屬層、上介質(zhì)層1、第二金屬層、下介質(zhì)層2和接地板15，上介質(zhì)層I和下介質(zhì)層2介電常數(shù)均為3.38，厚度分別為0.2_和0.8_。該結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)具有高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元和至少一個(gè)具有低通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元。實(shí)現(xiàn)高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元由串聯(lián)的第一電容C1、第二電容C2、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第三電容C3、第一電感L1構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)低通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元由串聯(lián)的第二電感L2、第三電感L3、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第四電容C4和第四電感L4構(gòu)成，其中第一電容C1和第二電容C2相等，第二電感L2和第三電感L3相等，等效電路模型如圖2所示。高通單元串聯(lián)的第一電容C1、第二電容C2由位于第一金屬層和第二金屬層的metal-1nsulator-metal電容3和4實(shí)現(xiàn),位于第二金屬層的金屬片長3.9mm,寬2.3mm,其正下方的接地板上有長3.9mm,寬2.3mm的矩形槽5和6，從而有效地降低接地板15對(duì)電容3和4的影響，位于第一金屬層的金屬片上有一個(gè)0.3_寬的縫隙，兩金屬片通過一個(gè)直徑0.5mm的過孔連接；并并聯(lián)支路上的第三電容C3由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱間的平板電容7實(shí)現(xiàn)，第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱半徑均為2.7mm ;金屬柱通過一段長1.3mm,寬0.2mm的窄微帶線8接地,從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路上的第一電感L1,9是位于接地板15上的寬0.2_的窄槽，防止金屬柱和接地板15短路。低通單元串聯(lián)的第二電感L2、第三電感L3由第一金屬層上的長1.4mm,寬0.2mm的窄微帶線10和11實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)支路上的第四電容C4由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱間的平板電容12實(shí)現(xiàn)，第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層中的金屬柱半徑均為0.65mm ;金屬柱通過一段長0.2mm,寬0.2mm的窄微帶線13接地，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路的串聯(lián)電感L4,14是位于接地板15上的寬0.2mm的窄槽，防止金屬柱和接地板15短路。我們用全波仿真軟件HFSS對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行仿真，仿真得到的S參數(shù)和群時(shí)延如圖3所示，仿真結(jié)果表明，本實(shí)施例在通帶內(nèi)的回波損耗小于-10dB，群時(shí)延曲線平滑，在通帶外有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，具有較好的選擇性。
權(quán)利要求1.一種基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器，其特征在于:該濾波器包括至少一個(gè)具有高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元和至少一個(gè)具有低通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元，這兩個(gè)對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元之間級(jí)聯(lián)；實(shí)現(xiàn)高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元包括串聯(lián)的第一電容[C1]、第二電容[C2]、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第三電容[C3]、第一電感[L1]，第一電容[C1]、第二電容[C2]關(guān)于該并聯(lián)支路對(duì)稱；實(shí)現(xiàn)低通通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元包括串聯(lián)的第二電感[L2]、第三電感[L3]、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第四電容[C4]和第四電感[L4],第二電感[L2]、第三電感[L3]關(guān)于該并聯(lián)支路對(duì)稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器，其特征在于:該濾波器由上到下分別是第一金屬層、上介質(zhì)層[I]、第二金屬層、下介質(zhì)層[2]和接地板[15]，其中，串聯(lián)的第一電容[C1]、第二電容[C2]由位于第一金屬層和第二金屬層的第一 metal-1nsulator-metal 電容[3]、第二 metal-1nsulator-metal 電容[4]實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)支路上的第三電容[C3]由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層[2]中的金屬柱構(gòu)成的平板電容[7]實(shí)現(xiàn)，第一 metal-1nsulator-metal 電容[3]、第二 metal-1nsulator-metal 電容[4]正下方的接地板上分別蝕刻有第一矩形槽[5]和第二矩形槽[6];金屬柱通過一段第一窄微帶線[8]接地，金屬柱和第一窄微帶線[8]周圍的接地板蝕刻有窄槽[9]，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路上的第一電感[L1];其中，串聯(lián)的第二電感[L2]、第三電感[L3]由第一金屬層上的第二窄微帶線[10]和第三窄微帶線[11]實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)支路上的第四電容[C4]由第一金屬層的微帶與下介質(zhì)層[2]中的金屬柱構(gòu)成的平板電容[12]實(shí)現(xiàn)，金屬柱通過一段第四窄微帶線[13]接地，金屬柱和第四窄微帶線[13]周圍的接地板蝕刻有窄槽[14]，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路上的第四電感[L4]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述的第一電容[C1]和第二電容[C2]相等，第二電感[L2]和第三電感[L3]相坐寸ο
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元的超寬帶帶通濾波器，包括至少一個(gè)具有高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元和至少一個(gè)具有低通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元，實(shí)現(xiàn)高通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元包括串聯(lián)的第一電容C1、第二電容C2、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第三電容C3、第一電感L1，第一電容C1、第二電容C2關(guān)于該并聯(lián)支路對(duì)稱；實(shí)現(xiàn)低通通特性的簡化對(duì)偶復(fù)合左右手傳輸線單元包括串聯(lián)的第二電感L2、第三電感L3、并聯(lián)支路上串聯(lián)的第四電容C4和第四電感L4，第二電感L2、第三電感L3關(guān)于該并聯(lián)支路對(duì)稱。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)方法簡單易行，根據(jù)通帶范圍就能確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且有效地降低了電路的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H01P1/203GK202977668SQ20122063895
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者唐萬春, 陳如山, 王貴, 王橙, 施永榮, 劉升, 黃承, 沈來偉, 朱建平 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)