一种小型化超宽带平面带阻滤波器的制作方法

本发明涉及一种小型化超宽带平面带阻滤波器，属于微波技术领域，可用于宽带接收系统以及对微波干扰信号抑制的应用中。

背景技术：

带阻滤波器在现代无限通信系统中扮演着重要的角色，其主要应用于抑制通信系统中不需要的信号，例如，高功率放大器饱和输出时，会含有二次谐波，其能够对后级电路产生干扰，从而有用信号将产生失真。因此，带阻滤波器对指定频段的高衰减起着重要的作用。

带阻滤波器的小型化、宽阻带和平面化的特点推动了它的应用。随着未来器件越来越高密度集成，器件的小型化是未来器件和微波系统发展的必经之路，当然，带阻滤波器也不例外。同时，为了保障宽带通信系统的稳定性，那么在超宽的频段范围内，具有高性能的谐波抑制的带阻滤波器是必不可少的。相比于腔体带状线而言，微带平面结构是一种常见的微波电路实现结构，具有加工实现方便，成本低，易于与有源器件结合等优点。因此，小型化超宽带的平面带阻滤波器高度吻合现代无线通信器件设计的要求，特别是在即将到来的第五代移动通信技术中，将具有巨大的优势。

传统的平面带阻滤波器一般采用级联开路枝节的方式，其相对带宽随着级数的增加而增大，这样不可避免的增加器件的尺寸，例如，四阶带阻滤波器需要四个四分之一长的开路枝节(非传输方向长度约为四分之一个波导波长)，以及三个四分之一波长的导纳变换器(传输方向长度约为四分之三个波导波长)，其实现的相对带宽约为50％～70％(阻带内插入损耗均高于20db)，同时，这种传统方案的计算量大，实现起来较为复杂。由上述的分析可知，小型化和超宽带的平面带阻滤波器是未来发展的方向，但是，如何通过小的尺寸，简单的结构，实现超宽带的带阻特性和良好的阻带抑制，现在仍然是一个设计难点和挑战。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的是提出一种结构简单、易于实现的小型化超宽带平面带阻滤波器，实现超宽带的带阻特性和良好的阻带抑制。

技术方案：本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种小型化超宽带平面带阻滤波器，包括上层的金属微带线和贴片电容，中间层的微带介质板，以及下层的接地金属板；所述金属微带线包括一对输入/输出馈线、端口电容、第一耦合线和第二耦合线；

所述输入/输出馈线均为末端渐变传输线，且同处于同一中心线上；

所述端口电容采用叉指型结构实现，加载在输入/输出馈线的渐变端上，且与输入/输出馈线相互平行；

所述第一耦合线和第二耦合线均为阶梯阻抗型微带传输线，阶梯阻抗特性由开槽结构实现，耦合通过缝隙形成；所述第一耦合线和第二耦合线相连，另一端分别与输入/输出馈线的渐变端相连且均与输入/输出馈线相互垂直；

所述贴片电容在第一耦合线和第二耦合线的缝隙之间。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一耦合线和第二耦合线的电长度均为四分之一波长。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一耦合线和第二耦合线的阶梯阻抗特性均通过开槽结构实现，且开槽的大小均相同。

作为本发明的进一步优化方案，通过改变端口电容叉指的长度和间隔调节端口电容的大小，进而改变阻带内传输零点的个数或者位置。

作为本发明的进一步优化方案，通过改变贴片电容的值改变阻带内两个低频传输零点的位置。

作为本发明的进一步优化方案，所述输入/输出馈线的渐变端的渐变类型为三角型或弧型。

有益效果：本发明与现有技术比较，具有以下显著技术效果：

一、本发明所提出一种小型化超宽带平面带阻滤波器，具有尺寸小、易于加工和成本低等优点。

二、本发明所提出一种小型化超宽带平面带阻滤波器，其阻带很宽，且在一个周期内含有四个传输零点，有利于应用在宽带系统中。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的仿真与实测频率响应曲线图。

图中：1-接地金属板，2-微带介质板，3-金属微带线，4-输入/输出馈线，5-端口电容，6-渐变端，7-第一耦合线，8-开槽结构，9-第二耦合线，10-贴片电容，11-缝隙，12-末端短路结构。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明实施例公开的一种小型化超宽带平面带阻滤波器，包括底层的接地金属板1，中间层的微带介质板2和上层的由金属微带线3和贴片电容10构成的电路结构。如图2所示，金属微带线3包含第一耦合线7、第二耦合线9，叉指型端口电容5和一对端口渐变的输入/输出馈线4。一对输入/输出馈线4处于同一中心线上，两个耦合线7和9末端相连，另一端分别与馈线4的渐变端6相连，且均与馈线4相互垂直。馈线4的渐变端6可采用三角型渐变，也可以是其它形式的渐变，如弧型渐变。

为了实现宽阻带和小型化的特性，在两个耦合线7和9之间加入贴片电容10，其中耦合线的设计，首先，电路仿真软件ads算出理想耦合传输线的奇偶模阻抗，同时，设定其电长度均为四分之一波长，但是在微带结构中存在奇偶模相速不等的情况，因此，微带结构中的耦合传输线采用阶梯阻抗型传输类型，阶梯阻抗特性由开槽结构8实现，通过改变开槽的大小以及两个槽之间的间隔，保证微带中的耦合线7和9传输特性与理想传输线的特性一样。而在耦合线7和9之间加载贴片电容10可以在阻带内形成两个传输零点，改变贴片电容10的大小改变传输零点的位置，同时，传输线加载电容是可以小型化的，因此，加入贴片电容10很明显地减小了带阻谐振器的尺寸。

为了进一步扩展阻带的带宽，可以发现，端口电容5有效的引入一个或者两个传输零点，由于此电容值不是很大，因此，没有采用集总的贴片电容，而是采用了分布式的叉指电容。为了进一步说明端口叉指电容与传输零点的关系，不失一般性地，通过理论计算得：f0＝1hz(归一化带阻中心频率为1hz)，c1＝0.752f(贴片电容10)，ye＝0.5607s(第一、二耦合线的偶模导纳)，yo＝1.089s(第一、二耦合线的奇模导纳)，(第一或者第二耦合线得电长度)，由下述公式得，

其中，c2是端口电容值，y′21是没有加载c2时的传输导纳，是c2的传输导纳。通过对该设计公式的分析，改变电容值c2可以实现对带阻滤波器的传输零点的个数及零点位置进行控制。当c2＝0.03044f时，阻带内有三个传输零点传输零点，也就是端口电容5提供了一个传输零点；当c2>0.03044f时，阻带内有两个传输零点传输零点，那么端口电容5没有产生传输零点；只有当c2>0.03044f，同时不能过大，这样端口电容5可以最多提供两个传输零点。并且，在加载端口电容5后，原来的两个传输零点的间隔会变得大一些。

如图3所示的是带阻滤波器的仿真与实测频率响应曲线图。可发现电磁仿真频率曲线与实测曲线基本相吻合，且在实测的频率曲线中，阻带内有四个传输零点，同时插入损耗均在20db以上的频段范围是1.94ghz-6.63ghz(相对带宽为109％)。实验结果验证了该设计具有超宽带的阻带带宽，优异的抑制特性和稳定的性能。

综上所述，本发明的一种小型化超宽带平面带阻滤波器，在阻带内能够实现四个传输零点，同时其阻带相对带宽达到了109％，可以很好的应用在宽带系统中。并且，本发明还具有小尺寸(尺寸只有0.06波导波长*0.46波导波长(中心频率的波导波长))、重量轻、加工简单和制造成本低的特点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理作用下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。