一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器。包括介質(zhì)板(1)，介質(zhì)板(1)的一個表面上設(shè)有金屬微帶(2)，另一個表面上設(shè)有金屬地(3)；所述的金屬微帶(2)包括微帶波導(dǎo)段(4)，微帶波導(dǎo)段(4)經(jīng)過渡段(5)與人工表面等離激元段(6)連接；所述的微帶波導(dǎo)段(4)的上邊緣為指數(shù)型曲線(9)，指數(shù)型曲線(9)與過渡段(5)的上邊緣連接；所述的人工表面等離激元段(6)上分布有半圓弧凹槽(7)。本發(fā)明具有低傳輸損耗、避免電磁場強(qiáng)烈反射和抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點。
【專利說明】
一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種通訊領(lǐng)域用的濾波器，特別是一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低 通濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代，隨著信息的需求量呈爆炸式的增長，移動通訊領(lǐng)域要求能制造 出集成度更高的微波器件，然而隨著高頻集成電路尺寸的不斷縮小，技術(shù)上出現(xiàn)了一系列 問題，例如當(dāng)微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的電磁干擾噪聲，RC延遲等達(dá)到極限導(dǎo) 致器件工作不穩(wěn)定，因此現(xiàn)有的微波器件已不能適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模微波集成電路的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器。本發(fā)明具 有低傳輸損耗、避免電磁場強(qiáng)烈反射和抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，包括介質(zhì)板，介 質(zhì)板的一個表面上設(shè)有金屬微帶，另一個表面上設(shè)有金屬地;所述的金屬微帶包括微帶波 導(dǎo)段，微帶波導(dǎo)段經(jīng)過渡段與人工表面等離激元段連接;所述的微帶波導(dǎo)段的上邊緣為指 數(shù)型曲線，指數(shù)型曲線與過渡段的上邊緣連接;所述的人工表面等離激元段上分布有半圓 弧凹槽。
[0005] 前述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器中，所述的半圓弧凹槽的槽口寬度 wl的取值為3~8mm，半圓弧凹槽的深度w2的取值為1.5~4mm，半圓弧凹槽的槽型周期p為3 ~8mm〇
[0006] 前述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器中，所述的指數(shù)型曲線滿足方程y = ul+u*(exp(k*x/(li+l2))_l)/(exp(k)-l)，其中ul為指數(shù)曲線位置系數(shù)，其取值為1~ 10mm，u，k均為形狀系數(shù)，u的取值為0.5~4mm，k的取值為2~30mm。
[0007] 前述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器中，所述的金屬地的上邊緣為橢圓 曲線，橢圓曲線滿足方程
；其中a為橢圓曲線短軸半 徑，其取值為1~12mm; b 1為上邊緣橢圓曲線中心的縱坐標(biāo)，其取值為0 ? 1~15mm; w為橢圓曲 線位置系數(shù)，其取值為5~為微帶波導(dǎo)段的長度，其取值為5~15mm，l2為過渡段的長 度，其取值為15~35mm，1 3為人工表面等離激元段的長度，其取值為60~75mm。
[0008] 前述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器中，所述的金屬地的下邊緣為橢圓 曲線，橢圓曲線滿足方程：
| b為下邊緣橢圓曲線中心的 縱坐標(biāo)，其取值為0.1~5_。
[0009] 前述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器中，所述的過渡段上設(shè)有深度漸變 的半圓弧凹槽。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將微帶波導(dǎo)段的上邊緣設(shè)置為指數(shù)型曲線，通過該結(jié)構(gòu)，實 現(xiàn)了微帶波導(dǎo)段與過渡段的良好銜接，有效防止了電磁阻抗突變，進(jìn)而充分減少因突變而出 現(xiàn)強(qiáng)烈的微波電場反射，避免了輸出端電磁場出現(xiàn)嚴(yán)重衰減，進(jìn)一步降低了電磁場的傳輸損 耗。本發(fā)明還在過渡段上設(shè)有深度漸變的半圓弧凹槽，通過該結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步實現(xiàn)準(zhǔn)TEM模式向 SSPPs模式的過渡，減少微波電場反射。除此外，本發(fā)明將金屬地的上邊緣設(shè)置為滿足方程
的橢圓曲線，下邊緣滿足方程
通過該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁場的阻抗與模式匹配，充分減少因電磁場模式和阻抗不匹配出 現(xiàn)強(qiáng)烈的微波電場反射。
【申請人】通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橢圓方程的曲線中a為1~12mm、bl為 0.1 ~15mm、w為5 ~15mm、li為5 ~15mm，12為 15 ~35mm，13為60 ~75mm，b為0 ? 1 ~5mm 時，其微 波電場的反射最小。
[0011] 本發(fā)明通過在人工表面等離激元段上設(shè)置一系列的半圓弧凹槽;通過該結(jié)構(gòu)，使 得電磁場在傳輸時被束縛在半圓弧凹槽周圍，從而大大降低了多條傳輸線傳輸時因間距太 小而出現(xiàn)的電磁干擾，使得抗干擾能力大大增強(qiáng)，同時也增強(qiáng)了高密度微波集成電路工作 時的穩(wěn)定性，不僅如此，因抗電磁干擾能力大大增強(qiáng)，本發(fā)明還能減小微波集成電路的金屬 微帶間的間距以實現(xiàn)器件的小型化，因而能更好地適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模微波集成電路的發(fā)展。 本發(fā)明還能通過調(diào)節(jié)半圓弧凹槽的幾何尺寸來調(diào)控微波傳輸線的截止頻率和電磁場分布， 同時調(diào)整電磁波的束縛效果，
【申請人】在進(jìn)行大量試驗后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)wl為3~8mm、w2為1.5~ 4mm、p為3~8mm時，半圓弧凹槽對電磁場具有很好的束縛效果。
[0012] 為了更好地證明本發(fā)明的有益效果，申請進(jìn)行了如下實驗：
【申請人】設(shè)計一個具有 半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器樣品，樣品的參數(shù)如表1。
[0013] 表1微波濾波器樣品各部分參數(shù)(單位:mm)
[0015]
[0016] 該樣品的介質(zhì)板采用介電常數(shù)為2.65的基片，對該樣品的濾波特性曲線經(jīng)時域有 限差分計算如圖3所示，圖3中S11為濾波器反射系數(shù)，S21為濾波器傳輸系數(shù)，該樣品為低通 濾波，其中心頻率為6.377GHz，該處插入損耗為0.9dB，其-3dB通帶為直流到12.663GHz，樣 品在整個通帶內(nèi)反射系數(shù)小于-10.0 dB，紋波抖動低于0.68dB。
[0017]設(shè)計一個不含過渡段12的對比濾波器，其介質(zhì)板的介電常數(shù)同為2.65,其他結(jié)構(gòu) 參數(shù)參照表1;對該對比濾波器的反射特性曲線經(jīng)時域有限差分計算，計算結(jié)果如圖4所示。 由圖4得知，該濾波器傳輸損耗較有過渡段的樣品大，而且通帶內(nèi)6GHz以后反射系數(shù)開始大 大超過-10dB。由圖3和圖4對比可知，設(shè)置深度漸變的半圓弧凹槽的過渡段能有效改善樣品 的傳輸及反射特性。
[0018]圖5為樣品在6GHz頻段工作時，半圓弧凹槽周圍法線方向的電場分布圖，由圖可 見，其電場主要束縛于半圓弧凹槽周圍，擴(kuò)散很小。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是樣品的S參數(shù)曲線圖；
[0022] 圖4是不采用過渡段的濾波器的S參數(shù)曲線圖；
[0023]圖5是濾波器樣品在6GHz頻段工作時的半圓弧凹槽四周法線方向電場分布圖。 [0024]附圖中的標(biāo)記為：1-介質(zhì)板，2-金屬微帶，3-金屬地，4-微帶波導(dǎo)段，5-過渡段，6-人工表面等離激元段，7-半圓弧凹槽，8-橢圓曲線，9-指數(shù)型曲線。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依 據(jù)。
[0026]實施例。一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，構(gòu)成如圖1和2所示，包括介 質(zhì)板1，介質(zhì)板1的一個表面上設(shè)有金屬微帶2,另一個表面上設(shè)有金屬地3;所述的金屬微帶 2包括微帶波導(dǎo)段4,微帶波導(dǎo)段4經(jīng)過渡段5與人工表面等離激元段6連接;所述的微帶波導(dǎo) 段4的上邊緣為指數(shù)型曲線9,指數(shù)型曲線9與過渡段5的上邊緣連接;所述的人工表面等離 激元段6上分布有半圓弧凹槽7。
[0027] 前述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器中，所述的半圓弧凹槽7的槽口寬 度wl的取值為3~8mm，半圓弧凹槽7的深度w2的取值為1.5~4mm，半圓弧凹槽7的槽型周期p 為3~8mm〇
[0028] 前述的指數(shù)型曲線9滿足方程y = ul+u*(exp(k*x/(li+l2))-l)/(exp(k)_l)，其中 ul為指數(shù)曲線位置系數(shù)，其取值為1~10mm，u，k均為形狀系數(shù)，u的取值為0.5~4mm，k的取 值為2~30mm。
[0029] 前述的金屬地3的上邊緣為橢圓曲線8,橢圓曲線8滿足方程：

其中a為橢圓曲線8短軸半徑，其取值為1~12mm; b 1為上邊緣橢圓曲線中心的縱坐標(biāo)，其取 值為0.1~15mm;w為橢圓曲線8位置系數(shù)，其取值為5~15mm; h為微帶波導(dǎo)段的長度，其取 值為5~15mm，12為過渡段5的長度，其取值為15~35mm，l 3為人工表面等離激元段6的長度， 其取值為60~75mm。
[0030]前述的金屬地3的下邊緣為橢圓曲線8,橢圓曲線所茜足方程 b為下邊緣橢圓曲線中心的縱坐標(biāo)，其取值為0.1~5mm。
[0031]前述的過渡段5上設(shè)有深度漸變的半圓弧凹槽7。
[0032]本發(fā)明的工作原理:準(zhǔn)TEM模式的電磁場由左邊的微帶波導(dǎo)段4傳輸?shù)竭^渡段5,在 過渡段5中逐漸漸變?yōu)镾SPPs模式的電磁場，且在過渡段5中準(zhǔn)TEM模式和SSPPs模式的電磁 場共存，當(dāng)電磁場到達(dá)人工表面等離激元段6時，完全轉(zhuǎn)化為SSPPs模式的電磁場，并在人工 表面等離激元段6進(jìn)行傳輸，傳輸后SSPPs模式電磁場又經(jīng)過右邊的過渡段轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)TEM模 式的電磁場由右邊的微帶波導(dǎo)段輸出。當(dāng)電磁場在微帶波導(dǎo)段4傳播，該段內(nèi)電磁場的模式 為準(zhǔn)TEM模式，該模式電磁場被束縛在微帶波導(dǎo)段4與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)；在過渡段5傳 播時，該段內(nèi)準(zhǔn)TEM模式與SSPPs模式共存，其中準(zhǔn)TEM模式電磁場被束縛在過渡段5與金屬 地3間的介質(zhì)板內(nèi)，SSPPs模式電磁場被束縛在半圓弧凹槽7周圍；在1 3進(jìn)行傳播時，該段內(nèi) 為SSPPs模式，該模式電磁場被束縛在半圓弧凹槽7周圍。
【主權(quán)項】
1. 一種具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，其特征在于:包括介質(zhì)板（1)，介質(zhì)板 (1)的一個表面上設(shè)有金屬微帶(2)，另一個表面上設(shè)有金屬地(3);所述的金屬微帶(2)包 括微帶波導(dǎo)段(4)，微帶波導(dǎo)段(4)經(jīng)過渡段(5)與人工表面等離激元段(6)連接;所述的微 帶波導(dǎo)段(4)的上邊緣為指數(shù)型曲線(9)，指數(shù)型曲線(9)與過渡段(5)的上邊緣連接;所述 的人工表面等離激元段(6)上分布有半圓弧凹槽(7)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，其特征在于:所述的 半圓弧凹槽（7)的槽口寬度wl的取值為3~8mm，半圓弧凹槽（7)的深度w2的取值為1.5~ 4mm，半圓弧凹槽(7)的槽型周期p為3~8mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，其特征在于:所 述的指數(shù)型曲線(9)滿足方程7 = 111+11*(61口(1^打/(11+12))-1)/(61口(1〇-1)，其中111為指數(shù) 曲線位置系數(shù)，其取值為1~l〇mm，u，k均為形狀系數(shù)，u的取值為0.5~4mm，k的取值為2~ 30mm 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求域2所述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，其特征在于:所述的 金屬地(3)的上邊緣為橢圓曲線(8)，橢圓曲線(8)滿足方程其中a為橢圓曲線(8)短軸半徑，其取值為1~12mm; b 1為上邊緣橢圓曲線中心的縱坐標(biāo)，其 取值為0.1~15mm;w為橢圓曲線（8)位置系數(shù)，其取值為5~15mm; 1!為微帶波導(dǎo)段的長度， 其取值為5~15mm，l2為過渡段(5)的長度，其取值為15~35mm，l 3為人工表面等離激元段(6) 的長度，其取值為60~75mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，其特征在于:所述的金屬 地(3)的下邊緣為橢圓曲線(8)，橢圓曲線(8)滿足方葙b為下邊緣橢圓曲線中心的縱坐標(biāo)，其取值為0.1~5mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有半圓弧凹槽結(jié)構(gòu)的微波低通濾波器，其特征在于:所 述的過渡段(5)上設(shè)有深度漸變的半圓弧凹槽(7)。
【文檔編號】H01P1/20GK105958162SQ201610420528
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】胡明哲, 曾志偉, 紀(jì)登輝, 尹躍
【申請人】六盤水師范學(xué)院