专利名称：基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型是基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，采用的是当前研究非常少的、新颖的等腰直角三角形贴片谐振器，并将分形技术应用于滤波器设计，而且使用微带激励线作为馈线，改善了滤波器的带宽和损耗等性能。
背景技术：
微波滤波器是雷达系统、通信系统、测量系统等系统中最常见的元器件之一，其性能的优劣往往直接影响到整个通信系统的质量，同时也是最为重要、技术含量最高的微波无源器件。随着现代通信电子技术的发展，高性能平面微波滤波器日显重要。为了提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，要求滤波器必须有良好的频率选择性；为了提高信噪比， 要求通带内要有低的插入损耗；为了满足现代通信终端的小型化趋势，要求滤波器要有更小的体积与重量，有时滤波器大小甚至比性能更加重要。由于现在的微波应用系统越来越向小型化集成化发展，因此滤波器的小型化成为研究的热点，在小型化的基础上如何提高滤波器的性能成为滤波器研究的主要内容。目前采用贴片结构实现的带阻滤波器非常少。分形的概念是数学家曼德布罗特(B.B.Mandelbort)首先总结并提出的。分形的原意是不规则的、支离破碎的意思，分形具有自相似性和空间填充性，利用其空间填充特性可以实现射频电路的小型化。目前，分形理论和技术已经在许多学科领域引起重视并被应用，在微波领域主要应用于天线，而将其应用于滤波器的报道还很少见，特别是应用于贴片滤波器设计。分形可以分为有规分形与无规分形，本实用新型使用无规分形缺陷实现了小型化的带通滤波器，具有重要理论和实际意义。在以往的射频器件研究中，许多微波科学工作者提出了多种样式的贴片谐振器结构，包括圆环形、方环形、圆贴片、方贴片等等结构，但是甚少有人研究三角形贴片结构。特别是等腰直角三角形贴片谐振器，将分形思想应用于滤波器的设计，特别是应用于等腰直角三角形贴片谐振器中，还是一个非常新颖的尝试，而且在引入激励线作为馈线后增强了華禹合。
实用新型内容本实用新型的工作原理分形技术可以使贴片谐振器原有谐振模式的谐振性能发生改变即某种或某些模式可能会发生分裂，某些模式的谐振点会彼此靠近，某些模式的谐振点会彼此分开更远的距离，也有某些模式的谐振会被大大削弱甚至抑制掉，通过对分形微扰源的控制就可以达到上述目的，因此这个新技术可以用单贴片谐振器实现多功能、高性能的滤波器，克服微带耦合结构滤波器尺寸大、要求强耦合等缺点，给滤波器的产业化实现带来了希望。本实用新型的目的在于提供一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，该滤波器体积小巧、制作简单、成本低廉、便于平面电路集成，应用分形缺陷降低了工作频率，极大拓宽了上阻带的带宽，并大大提高了滤波器的性能，可以推广使用到多种小型的微波系统中。为了达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案是一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，包括正面部分的金属微带贴片、反面部分的金属镀层、中间层的介质板和输入输出端口，其特征在于正面部分的金属微带贴片和输入输出端口在同一平面上，反面部分的金属镀层是金属微带贴片的接地板，中间层的介质板位于正面部分的金属微带贴片和反面部分的金属镀层之间；所述金属微带贴片包括至少一个带三角形分形微扰的贴片谐振器，所述贴片谐振器输入馈线和输出馈线在同一水平线上，并位于贴片谐振器的底边位置，与贴片谐振器通过缝隙耦合，所述输入馈线和输出馈线还与贴片谐振器内部三角形分形微扰的对称轴相互垂直。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 所述正面部分的金属微带贴片和反面部分的金属镀层的金属材料均采用导电性能良好的金、银或铜。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 所述贴片谐振器是等腰直角三角形形状。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 等腰直角三角形贴片谐振器内部的三角形分形微扰是由一个等腰三角形缺陷构成，而且等腰三角形缺陷不与等腰直角三角形贴片谐振器的边界相接触，整个滤波器成轴对称图形。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 等腰直角三角形贴片谐振器内部的三角形分形微扰是由两个上下相连的等腰三角形缺陷构成的，两个等腰三角形缺陷与等腰直角三角形贴片谐振器共有同一个对称轴，上面的等腰三角形缺陷的顶点与等腰直角三角形贴片谐振器的顶点相重合，下面的等腰三角形缺陷的顶点位于上面等腰三角形缺陷底边的中点上，整个滤波器成轴对称图形。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 所述输入馈线和输出馈线的内部分别有一个形状为“1 ”或“ |"”的缺陷打破馈线的边界， 构成激励线，“1 ”和“ I"”形缺陷的宽度是0.2mm，且左右对称。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 所述金属微带贴片由上下对称的两个完全相同的等腰直角三角形贴片谐振器构成，所述两个等腰直角三角形贴片谐振器共用设置在两者之间的输入馈线和输出馈线，在两个等腰直角三角形贴片谐振器内部设置有三角形分形微扰，整个滤波器上下左右均对称。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 每个等腰直角三角形贴片谐振器内部的三角形分形微扰包括两个不同大小的等腰三角形缺陷，上面的等腰三角形缺陷的顶点与等腰直角三角形贴片谐振器的顶点重合，下面的等腰三角形缺陷的顶点位于等腰直角三角形贴片谐振器的底边中点上。前述的任意一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于所述输入馈线和输出馈线与等腰直角三角形贴片谐振器底边的距离在0. Imm至0. 4mm 之间。前述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于 所述输入馈线和输出馈线与等腰直角三角形贴片谐振器底边的距离为0. 2mm。本实用新型的有益效果是[0019]1、本实用新型是在传统的贴片谐振器的基础上，采用新颖的等腰直角三角形贴片谐振器结构，并分别使用直达边界的分形缺陷微扰技术、不直达边界的微扰技术、微带激励线技术以及双谐振器耦合技术，成功设计出通带滤波器，提高了等腰直角三角形滤波器的性能。该种滤波器可以只有一个贴片结构，也可以使用两个贴片结构，都满足当今滤波器设计小型化的要求，并解决了传统滤波器的辐射损耗大以及不能有效抑制高次谐波的问题。2、本实用新型采用新颖的带分形缺陷的等腰直角三角形结构，比同类矩形或方形滤波器尺寸小，符合现代通信系统小型化的发展要求。3、该滤波器有较小插入损耗，良好的带外抑制能力，解决了三角形滤波器的高性能问题。4、该滤波器结构非常简单，微扰简洁大方，全部利用微带PCB工艺生产，成本低、 易加工且能保证加工精度，可以适用标准化、规模化生产。可以应用于小型化通信设备。
[0023]图1是实施侈1的结构示意图；[0024]图2是实施侈1中馈线的放大结构示意图；[0025]图3是实施侈1的频率响应仿真结果；[0026]图4是实施侈2的结构示意图；[0027]图5是实施侈2中馈线的放大结构示意图；[0028]图6是实施侈2的谐振器谐振性能的示意图；[0029]图7是实施侈2的改变内部微扰大小时频率响应的对比；[0030]图8是实施侈2的仿真结果与实际测试结果的对比图；[0031]图9是实施侈3的结构示意图；[0032]图10是实施列3的改变内部微扰三角形大小时的频率响应的对比[0033]图11是实施列3的仿真结果与实际测试结果的对比图。
具体实施方式
下面利用三个实施例对本实用新型进行详细的说明，三个实施例均在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例1、实施例2以及实施例3。实施例1 结合附图1-2对本实用新型的实施例1作详细的说明。如图1所示，本滤波器包括正面部分的金属微带贴片和输入输出端口、反面部分的金属镀层以及中间部分的介质层。金属微带贴片包括在内部设置有一个等腰三角形缺陷微扰2的等腰直角三角形贴片谐振器1、输入馈线3和输出馈线4，激励5在馈线内部。实施例1由等腰三角形分形缺陷位置的变化来调节滤波器的工作频率。实施例1采用相对介电常数％ = 10. 2，厚度h = 1. 27mm的介质板，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如图1所示，a = 29mm, b = 17mm, c = 3mm, d = 1. 2mm, e = 6mm, f = 0. 2mm, g = 7. 7mm, h = 8. 5mm, i = 0. 25mm, j = 0. 2mm, si = 0. 9mm, s2 = 4mm, s3 = 0. 2mm, s4 = 0. 2mm, s5 = 0. 7mm。通过调节输入馈线 3 和输出馈线 4，与贴片谐振器1的间距可以控制耦合的强弱，通过改变分形微扰三角形的位置，可以调节滤波器的工作频率；实施例1的仿真结果如图3所示。该滤波器测试结果中心频率为3. 1GHz，相对带宽为7. 4%，通带插入损耗为2dB， 仿真结果与测试结果近似。实施例2 结合附图4-5对本实用新型的实施例2作详细的说明。如图4所示，本滤波器包括正面部分的金属微带贴片和输入输出端口、反面部分的金属镀层以及中间部分的介质层。金属微带线包括在内部设置有两个上下相连的等腰三角形缺陷微扰2的等腰直角三角形贴片谐振器1、输入馈线3和输出馈线4，激励5在馈线内部。两个等腰三角形缺陷微扰2与等腰直角三角形贴片谐振器1共有同一个对称轴， 上面的等腰三角形缺陷微扰2的顶点与等腰直角三角形贴片谐振器1的顶点相重合，下面的等腰三角形缺陷微扰2的顶点位于上面等腰三角形缺陷微扰2底边的中点上，整个滤波器成轴对称图形。本实施例由等腰三角形分形缺陷位置的变化来调节滤波器的工作频率。实施例2采用相对介电常数％ = 10. 2，厚度h = 1. 27mm的介质板，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如图4所示，a = 29mm, b = 6mm, c = 17mm, d =1. 2mm, w = 3mm, hO = 8. 5mm, hi = 3. 5mm, s = 0. 2mm, si = 2. lmm, s2 = 2. 3mm, s3 = 0. 2mm, s4 = 0. 2mm, s5 = 0. 7mm。本实施例设计的滤波器具有非常稳定的性能，其稳定性可以从图7中看到，图6 给出了该谐振器的谐振特性曲线图，该滤波器的实际测量结果与仿真结果的对比如图8所示。该滤波器的实际测试结果工作频率为2. 6GHz，带内差损为1. 4dB，相对带宽为7. 3%, 仿真结果与测试结果近似。实施例3 结合附图9对本实用新型的实施例3作详细的说明。如图9所示，本滤波器包括正面部分的微带贴片和输入输出端口、反面部分的金属镀层以及中间部分的介质层。微带贴片由上下对称的两个完全相同的等腰直角三角形贴片谐振器1构成，两个等腰直角三角形贴片谐振器1共用设置在两者之间的输入馈线3和输出馈线4，在两个等腰直角三角形贴片谐振器内部设置有三角形分形微扰。每个等腰直角三角形贴片谐振器1内部的三角形分形微扰包括两个不同大小的等腰三角形缺陷微扰2，上面的等腰三角形缺陷微扰2的顶点与等腰直角三角形贴片谐振器1的顶点重合，下面的等腰三角形缺陷微扰2的顶点位于等腰直角三角形贴片谐振器1 的底边中点上，也就是正好处于打破等腰直角三角形贴片谐振器1边界的临界点上。实施例3采用相对介电常数％ = 10. 2，厚度h = 1. 27mm的介质板，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如图9所示，a = ^mm，b = 5. 5mm, c = 1. 2mm, L = 17mm, hO = 8. 5mm, hi = 4. 9mm, h2 = 0. 9mm, h3 = 1. 7mm, wl = 3. 2mm, w2 = 2. 8mm, s =0. 2mm。如图10所示，通过改变内部微扰三角形的大小，可以小范围改变滤波器工作的频率。图11为该滤波器的实际测量结果与仿真结果的对比，该滤波器的实际测试结果 中心工作频率为2. 6GHz，带内差损为1. 4dB，相对带宽为7. 3%，仿真结果与测试结果近似。实施例1、实施例2以及实施例3的金属微带贴片和反面部分的金属镀层的金属材料均可以为金、银或者铜。对三个实施例进行实际测试的测量工具是Agilent (安捷伦)公司生产的E5071C型号的矢量网络分析仪。显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的
6技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1、一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，包括正面部分的金属微带贴片、反面部分的金属镀层、中间层的介质板和输入输出端口，其特征在于正面部分的金属微带贴片和输入输出端口在同一平面上，反面部分的金属镀层是金属微带贴片的接地板，中间层的介质板位于正面部分的金属微带贴片和反面部分的金属镀层之间；所述金属微带贴片包括至少一个带三角形分形微扰的贴片谐振器，所述贴片谐振器输入馈线和输出馈线在同一水平线上，并位于贴片谐振器的底边位置，与贴片谐振器通过缝隙耦合，所述输入馈线和输出馈线还与贴片谐振器内部分形三角形分形微扰的对称轴相互垂直。
2、根据权利要求1所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器， 其特征在于所述正面部分的金属微带贴片和反面部分的金属镀层的金属材料均采用导电性能良好的金、银或铜。
3、根据权利要求2所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器， 其特征在于所述贴片谐振器是等腰直角三角形形状。
4、根据权利要求3所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器， 其特征在于等腰直角三角形贴片谐振器内部的三角形分形微扰是由一个等腰三角形缺陷构成，而且等腰三角形缺陷不与等腰直角三角形贴片谐振器的边界相接触，整个滤波器成轴对称图形。
5、根据权利要求3所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器， 其特征在于等腰直角三角形贴片谐振器内部的三角形分形微扰是由两个上下相连的等腰三角形缺陷构成的，两个等腰三角形缺陷与等腰直角三角形贴片谐振器共有同一个对称轴，上面的等腰三角形缺陷的顶点与等腰直角三角形贴片谐振器的顶点相重合，下面的等腰三角形缺陷的顶点位于上面等腰三角形缺陷底边的中点上，整个滤波器成轴对称图形。
6、根据权利要求4或5所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于所述输入馈线和输出馈线的内部分别有一个形状为“1 ”或“「”的缺陷打破馈线的边界，构成激励线，“1，，和“「”形缺陷的宽度是0. 2mm,且左右对称。
7、根据权利要求3所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器， 其特征在于所述金属微带贴片由上下对称的两个完全相同的等腰直角三角形贴片谐振器构成，所述两个等腰直角三角形贴片谐振器共用设置在两者之间的输入馈线和输出馈线， 在两个等腰直角三角形贴片谐振器内部设置有三角形分形微扰，整个滤波器上下左右均对称。
8、根据权利要求7所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器， 其特征在于每个等腰直角三角形贴片谐振器内部的三角形分形微扰包括两个不同大小的等腰三角形缺陷，上面的等腰三角形缺陷的顶点与等腰直角三角形贴片谐振器的顶点重合，下面的等腰三角形缺陷的顶点位于等腰直角三角形贴片谐振器的底边中点上。
9、根据权利要求3、4、5、7、8所述的任意一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于所述输入馈线和输出馈线与等腰直角三角形贴片谐振器底边的距离在0. Imm至0. 4mm之间。
10、根据权利要求9所述的一种基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，其特征在于所述输入馈线和输出馈线与等腰直角三角形贴片谐振器底边的距离为 0. 2mmο
专利摘要本实用新型涉及基于分形缺陷结构的等腰直角三角形微带带通滤波器，属于微波通讯设备技术领域。该滤波器可以由一个或两个等腰直角三角形贴片构成，贴片内部做出一个或者两个等腰三角形缺陷作为微扰来改善滤波器的性能，输入、输出馈线使用激励线增强耦合。三角形微扰都是等腰三角形，可以通过改变分形微扰源的大小控制滤波器的工作频率并展宽阻带，减小干扰。本实用新型应用单贴片谐振器实现滤波器，因此比传统耦合结构滤波器体积小，容易实现小型化，并有良好的实际效果。分形缺陷大大提高了滤波器的性能。本实用新型结构简单、易加工，造价低廉，适合规模化生产并可广泛应用于小型化的射频通信系统中。
文档编号H01P1/212GK202142626SQ20112020460
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者祖霄鹏, 肖建康 申请人:河海大学常州校区