一种具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器的制作方法

本实用新型涉及一种通讯领域用的滤波器，特别是一种具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器。

背景技术：

当今大数据时代，随着信息的需求量成爆炸式的增长，移动通讯领域要求能制造出集成度更高的微波器件，然而随着高频集成电路尺寸的不断缩小，技术上出现了一系列问题，例如当微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的电磁干扰噪声，RC延迟等达到极限导致器件工作不稳定，因此现有的微波器件已不能适应当今大规模微波集成电路的发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器。本实用新型具有低传输损耗、避免电磁场强烈反射和抗电磁干扰能力强的特点。

本实用新型的技术方案：一种具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器，包括介质板，介质板的一个表面上设有金属微带，另一个表面上设有金属地；所述的金属微带包括微带波导段，微带波导段经过渡段与人工表面等离激元段连接；所述的人工表面等离激元段上分布有加载单元；所述的加载单元包括加载凹槽，加载凹槽内设有阶跃型加载线，阶跃型加载线上分布有阶跃三角；所述的金属地的下边缘为椭圆曲线。

前述的具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器中，所述的加载凹槽的槽口宽度w1的取值为2～5mm，槽深Ch1的取值为6～10mm，槽型周期p为3～8mm；所述的阶跃型加载线线宽w2的取值为0.1～1.0mm，阶跃型加载线长度l₄的取值为6～10mm；所述的阶跃型加载线上分布有2个阶跃三角，一个阶跃三角设置于阶跃型加载线头端，另一个设置于阶跃型加载线中部；所述的阶跃三角的间距d的取值为0～3mm；所述的阶跃三角的底边w3的取值为0.5～2.0mm，阶跃三角的高h1的取值为1.5～3.0mm。

前述的具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器中，所述的椭圆曲线满足椭圆方程的曲线；其中a为椭圆曲线短轴半径，其取值为1～25；h为金属微带宽度，其取值为8～15mm；w为椭圆曲线位置系数，其取值为10～35mm；l₁为微带波导段的长度，其取值为5～15mm，l₂为过渡段长度，50～70mm，l₃为人工表面等离激元段的长度，其取值为90～110mm；所述的介质板的宽度w_sub取值为35～50mm。

前述的具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器中，所述的过渡段上设有深度渐变的加载单元。

与现有技术相比，本实用新型在微带波导段(以下用其长度符号l₁替代)和人工表面等离激元段(以下用其长度符号l₃替代)间设置过渡段(以下用其长度符号l₂替代)，且在l₂背面设置金属地，金属地下边缘为满足椭圆方程的曲线，通过该结构，实现了电磁场在l₁和l₃中传播的平稳过渡，充分减少因电磁场模式和阻抗不匹配出现强烈的微波电场反射，避免了输出端电磁场出现严重衰减，有效降低了电磁场的传输损耗；申请人通过大量实验发现，当椭圆方程的曲线中a为1～25、h为8～15mm、w为10～35mm、l₁为5～15mm，l₂为50～70mm，l₃为90～110mm时，其微波电场的反射最小；不仅如此，本实用新型在l₂上还设有深度渐变的加载单元；通过该结构，可进一步实现准TEM模式向SSPPs模式的过渡，减少微波电场反射。本实用新型通过在L₃上设置一系列的加载单元；通过该结构，使得电磁场在传输时被束缚在加载单元周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得抗干扰能力大大增强，同时也增强了高密度微波集成电路工作时的稳定性，不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本实用新型还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展。本实用新型还能通过调节加载单元的几何尺寸来调控微波传输线的截止频率和电磁场分布，同时调整电磁波的束缚效果，申请人在进行大量试验后发现，当w1为2～5mm、Ch1为6～10mm、p为3～8mm、w2为0.1～1.0mm、l₄的取值为6～10mm、d的取值为0～3mm、w3为0.5～2.0mm、高h1为1.5～3.0mm时，加载单元对电磁场具有很好的束缚效果。

为了更好地证明本实用新型的有益效果，申请进行了如下实验：申请人设计一个具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器样品，样品的参数如表1。

表1 微波滤波器样品各部分参数(单位：mm)

该样品的介质板采用介电常数为2.65的基片，对该样品的滤波特性曲线经时域有限差分计算如图3所示，图3中S11为滤波器反射系数，S21为滤波器传输系数，该样品为低通滤波，其中心频率为1.51GHz，该处插入损耗为1.45dB，其-3dB通带为直流到3.02GHz，样品在整个通带内反射系数小于-11.9dB，纹波抖动低于1.6dB。

设计一个不含过渡段L₂的对比滤波器，其介质板的介电常数同为2.65，其他结构参数参照表1；对该对比滤波器的反射特性曲线经时域有限差分计算，计算结果如图4所示，由图4得知，该滤波器传输损耗较有过渡段的样品大，而且大部分通带内反射系数超过-10dB。由图3和图4对比可知，设置深度渐变的加载单元的过渡段能有效改善样品的传输及反射特性。

图5为样品在2GHz频段工作时，加载单元周围法线方向的电场分布图，由图可见，其电场主要束缚于加载单元周围，扩散很小。

附图说明

图1是本实用新型的正面结构示意图；

图2是本实用新型的背面结构示意图；

图3是样品的S参数曲线图；

图4是不采用过渡段的滤波器的S参数曲线图；

图5是滤波器样品在2GHz频段工作时的加载凹槽四周法线方向电场分布图。

附图中的标记为：1-介质板，2-金属微带，3-金属地，4-微带波导段，5-过渡段，6-人工表面等离激元段,7-加载凹槽，8-椭圆曲线，9-阶跃型加载线，10-阶跃三角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例。一种具有阶跃型加载结构的微波低通滤波器，构成如图1和2所示，包括介质板1，介质板1的一个表面上设有金属微带2，另一个表面上设有金属地3；所述的金属微带2包括微带波导段4，微带波导段4经过渡段5与人工表面等离激元段6连接；所述的人工表面等离激元段6上分布有加载单元；所述的加载单元包括加载凹槽7，加载凹槽7内设有阶跃型加载线9，阶跃型加载线9上分布有阶跃三角10；所述的金属地3的下边缘为椭圆曲线8。

前述的加载凹槽7的槽口宽度w1的取值为2～5mm，槽深Ch1的取值为6～10mm，槽型周期p为3～8mm；所述的阶跃型加载线9线宽w2的取值为0.1～1.0mm，阶跃型加载线9长度l₄的取值为6～10mm；所述的阶跃型加载线9上分布有2个阶跃三角10，一个阶跃三角10设置于阶跃型加载线9头端，另一个设置于阶跃型加载线9中部；所述的阶跃三角10的间距d的取值为0～3mm；所述的阶跃三角10的底边w3的取值为0.5～2.0mm，阶跃三角10的高h1的取值为1.5～3.0mm。

前述的椭圆曲线8满足椭圆方程的曲线；其中a为椭圆曲线8短轴半径，其取值为1～25；h为金属微带宽度，其取值为8～15mm；w为椭圆曲线8位置系数，其取值为10～35mm；l₁为微带波导段的长度，其取值为5～15mm，l₂为过渡段长度，50～70mm，l₃为人工表面等离激元段6的长度，其取值为90～110mm；所述的介质板1的宽度w_sub取值为35～50mm。

前述的过渡段5上设有深度渐变的加载单元。

本实用新型的工作原理：准TEM模式的电磁场由左边的微带波导段4传输到过渡段5，在过渡段5中逐渐渐变为SSPPs模式的电磁场，且在过渡段5中准TEM模式和SSPPs模式的电磁场共存，当电磁场到达人工表面等离激元段6时，完全转化为SSPPs模式的电磁场，并在l₃进行传输，传输后SSPPs模式电磁场又经过右边的过渡段转化为准TEM模式的电磁场由右边的微带波导段输出。当电磁场在微带波导段4传播，该段内电磁场的模式为准TEM模式，该模式电磁场被束缚在微带波导段4与金属地3间的介质板内；在过渡段5传播时，该段内准TEM模式与SSPPs模式共存，其中准TEM模式电磁场被束缚在过渡段5与金属地3间的介质板内，SSPPs模式电磁场被束缚在加载单元周围；在l₃进行传播时，该段内为SSPPs模式，该模式电磁场被束缚在加载单元周围。