一种具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器。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；所述的微带波导段(4)的上边缘为指数型曲线(9)，指数型曲线(9)与过渡段(5)的上边缘连接；所述的人工表面等离激元段(6)上分布有半圆弧凹槽(7)。本发明具有低传输损耗、避免电磁场强烈反射和抗电磁干扰能力强的特点。
【专利说明】
一种具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种通讯领域用的滤波器，特别是一种具有半圆弧凹槽结构的微波低 通滤波器。
【背景技术】
[0002] 当今大数据时代，随着信息的需求量呈爆炸式的增长，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。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，提供一种具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器。本发明具 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。
[0004] 本发明的技术方案:一种具有半圆弧凹槽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;所述的微带波导段的上边缘为指 数型曲线，指数型曲线与过渡段的上边缘连接;所述的人工表面等离激元段上分布有半圆 弧凹槽。
[0005] 前述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器中，所述的半圆弧凹槽的槽口宽度 wl的取值为3~8mm，半圆弧凹槽的深度w2的取值为1.5~4mm，半圆弧凹槽的槽型周期p为3 ~8mm〇
[0006] 前述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器中，所述的指数型曲线满足方程y = ul+u*(exp(k*x/(li+l2))_l)/(exp(k)-l)，其中ul为指数曲线位置系数，其取值为1~ 10mm，u，k均为形状系数，u的取值为0.5~4mm，k的取值为2~30mm。
[0007] 前述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器中，所述的金属地的上边缘为椭圆 曲线，椭圆曲线满足方程
；其中a为椭圆曲线短轴半 径，其取值为1~12mm; b 1为上边缘椭圆曲线中心的纵坐标，其取值为0 ? 1~15mm; w为椭圆曲 线位置系数，其取值为5~为微带波导段的长度，其取值为5~15mm，l2为过渡段的长 度，其取值为15~35mm，1 3为人工表面等离激元段的长度，其取值为60~75mm。
[0008] 前述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器中，所述的金属地的下边缘为椭圆 曲线，椭圆曲线满足方程：
| b为下边缘椭圆曲线中心的 纵坐标，其取值为0.1~5_。
[0009] 前述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器中，所述的过渡段上设有深度渐变 的半圆弧凹槽。
[0010] 与现有技术相比，本发明将微带波导段的上边缘设置为指数型曲线，通过该结构，实 现了微带波导段与过渡段的良好衔接，有效防止了电磁阻抗突变，进而充分减少因突变而出 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，进一步降低了电磁场的传输损 耗。本发明还在过渡段上设有深度渐变的半圆弧凹槽，通过该结构，进一步实现准TEM模式向 SSPPs模式的过渡，减少微波电场反射。除此外，本发明将金属地的上边缘设置为满足方程
的椭圆曲线，下边缘满足方程
通过该结构，能够实现电磁场的阻抗与模式匹配，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。
【申请人】通过大量实验发现，当椭圆方程的曲线中a为1~12mm、bl为 0.1 ~15mm、w为5 ~15mm、li为5 ~15mm，12为 15 ~35mm，13为60 ~75mm，b为0 ? 1 ~5mm 时，其微 波电场的反射最小。
[0011] 本发明通过在人工表面等离激元段上设置一系列的半圆弧凹槽;通过该结构，使 得电磁场在传输时被束缚在半圆弧凹槽周围，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，本发明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。 本发明还能通过调节半圆弧凹槽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wl为3~8mm、w2为1.5~ 4mm、p为3~8mm时，半圆弧凹槽对电磁场具有很好的束缚效果。
[0012] 为了更好地证明本发明的有益效果，申请进行了如下实验：
【申请人】设计一个具有 半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器样品，样品的参数如表1。
[0013] 表1微波滤波器样品各部分参数(单位:mm)
[0015]
[0016] 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6.377GHz，该处插入损耗为0.9dB，其-3dB通带为直流到12.663GHz，样 品在整个通带内反射系数小于-10.0 dB，纹波抖动低于0.68dB。
[0017]设计一个不含过渡段12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，而且通带内6GHz以后反射系数开始大 大超过-10dB。由图3和图4对比可知，设置深度渐变的半圆弧凹槽的过渡段能有效改善样品 的传输及反射特性。
[0018]图5为样品在6GHz频段工作时，半圆弧凹槽周围法线方向的电场分布图，由图可 见，其电场主要束缚于半圆弧凹槽周围，扩散很小。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的正面结构示意图；
[0020] 图2是本发明的背面结构示意图；
[0021] 图3是样品的S参数曲线图；
[0022] 图4是不采用过渡段的滤波器的S参数曲线图；
[0023]图5是滤波器样品在6GHz频段工作时的半圆弧凹槽四周法线方向电场分布图。 [0024]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-半圆弧凹槽，8-椭圆曲线，9-指数型曲线。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依 据。
[0026]实施例。一种具有半圆弧凹槽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;所述的微带波导 段4的上边缘为指数型曲线9,指数型曲线9与过渡段5的上边缘连接;所述的人工表面等离 激元段6上分布有半圆弧凹槽7。
[0027] 前述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器中，所述的半圆弧凹槽7的槽口宽 度wl的取值为3~8mm，半圆弧凹槽7的深度w2的取值为1.5~4mm，半圆弧凹槽7的槽型周期p 为3~8mm〇
[0028] 前述的指数型曲线9满足方程y = ul+u*(exp(k*x/(li+l2))-l)/(exp(k)_l)，其中 ul为指数曲线位置系数，其取值为1~10mm，u，k均为形状系数，u的取值为0.5~4mm，k的取 值为2~30mm。
[0029] 前述的金属地3的上边缘为椭圆曲线8,椭圆曲线8满足方程：
其中a为椭圆曲线8短轴半径，其取值为1~12mm; b 1为上边缘椭圆曲线中心的纵坐标，其取 值为0.1~15mm;w为椭圆曲线8位置系数，其取值为5~15mm; h为微带波导段的长度，其取 值为5~15mm，12为过渡段5的长度，其取值为15~35mm，l 3为人工表面等离激元段6的长度， 其取值为60~75mm。
[0030]前述的金属地3的下边缘为椭圆曲线8,椭圆曲线所茜足方程 b为下边缘椭圆曲线中心的纵坐标，其取值为0.1~5mm。
[0031]前述的过渡段5上设有深度渐变的半圆弧凹槽7。
[0032]本发明的工作原理: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，并在人工 表面等离激元段6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半圆弧凹槽7周围；在1 3进行传播时，该段内 为SSPPs模式，该模式电磁场被束缚在半圆弧凹槽7周围。
【主权项】
1. 一种具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器，其特征在于: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;所述的微 带波导段(4)的上边缘为指数型曲线(9)，指数型曲线(9)与过渡段(5)的上边缘连接;所述 的人工表面等离激元段(6)上分布有半圆弧凹槽(7)。2. 根据权利要求1所述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器，其特征在于:所述的 半圆弧凹槽（7)的槽口宽度wl的取值为3~8mm，半圆弧凹槽（7)的深度w2的取值为1.5~ 4mm，半圆弧凹槽(7)的槽型周期p为3~8mm。3. 根据权利要求1或2所述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器，其特征在于:所 述的指数型曲线(9)满足方程7 = 111+11*(61口(1^打/(11+12))-1)/(61口(1〇-1)，其中111为指数 曲线位置系数，其取值为1~l〇mm，u，k均为形状系数，u的取值为0.5~4mm，k的取值为2~ 30mm 〇4. 根据权利要求域2所述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器，其特征在于:所述的 金属地(3)的上边缘为椭圆曲线(8)，椭圆曲线(8)满足方程其中a为椭圆曲线(8)短轴半径，其取值为1~12mm; b 1为上边缘椭圆曲线中心的纵坐标，其 取值为0.1~15mm;w为椭圆曲线（8)位置系数，其取值为5~15mm; 1!为微带波导段的长度， 其取值为5~15mm，l2为过渡段(5)的长度，其取值为15~35mm，l 3为人工表面等离激元段(6) 的长度，其取值为60~75mm。5. 根据权利要求4所述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器，其特征在于:所述的金属 地(3)的下边缘为椭圆曲线(8)，椭圆曲线(8)满足方葙b为下边缘椭圆曲线中心的纵坐标，其取值为0.1~5mm。6. 根据权利要求1或2所述的具有半圆弧凹槽结构的微波低通滤波器，其特征在于:所 述的过渡段(5)上设有深度渐变的半圆弧凹槽(7)。
【文档编号】H01P1/20GK105958162SQ201610420528
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】胡明哲, 曾志伟, 纪登辉, 尹跃
【申请人】六盘水师范学院