一种具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器。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)连接有阶跃阻抗加载谐振单元(8)；所述的人工表面等离激元段(6)上分布有V型槽(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】
一种具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种通讯领域用的滤波器，特别是一种具有阶跃阻抗单元的人工等离 激元型微波带通滤波器。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，提供一种具有阶跃型谐振单元加载的具有阶跃阻抗单元的人 工等离激元型微波带通滤波器。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:一种具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器， 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 连接有阶跃阻抗加载谐振单元;所述的人工表面等离激元段上分布有V型槽。
[0005] 前述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器中，所述的V型槽的 槽口宽度wl的取值为1.0~4.0mm，槽深Chi的取值为3~6mm，槽型周期p为3~8mm。
[0006] 前述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器中，金属地边缘为， 满足X2/ (U+L2+L3/2) 2+Y2/ (h+g+2w_a)2 = 1椭圆方程的曲线;其中a为曲线形状系数，其取值 为15~35 ;h为金属微带宽度，其取值为8~15mm; g为金属微带与金属地间距，其取值为0.3 ~1mm，w为留白宽度，其取值为10~25mm，Li为微带波导段的长度，其取值为2~10mm，L2为过 渡段长度，20~40mm，L 3为人工表面等离激元段的长度，其取值为90~110mm。
[0007] 前述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器中，所述的阶跃阻抗 加载谐振单元的第一段LR1的长度为8~15mm，宽度为1~3mm，第二段LR2的长度为8~12mm， 宽度为5~10mm。
[0008] 前述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器中，所述的过渡段上 设有深度渐变的V型槽。
[0009] 与现有技术相比，本发明在微带波导段（以下用其长度符号U替代)上设置阶跃阻 抗加载谐振单元;通过该结构，能够有效调节滤波器的阻带范围和带外特性。由于电磁场在 L!中为准TEM模式传播，在人工表面等离激元段（以下用其长度符号L3替代）中为SSPPs模式 传播，如直接将LjPL 3连接，会因电磁场模式和阻抗不匹配出现强烈的微波电场反射;本发 明在LjPL3间设置过渡段（以下用其长度符号L 2替代），且在1^背面设置金属地，金属地边缘 为满足沪/0^+1^+1^/2)2+￥ 2/(1^+2?-&)2=1椭圆方程的曲线，通过该结构，实现了电磁场 在U和L3中传播的平稳过渡，充分减少了微波电场反射，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的取 值范围在15~35间时，其微波电场的反射最小;不仅如此，本发明在L 2上还设有深度渐变的 V型槽;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。本发 明通过在L3上设置一系列的V型槽;通过该结构，使得电磁场在传输时被束缚在V型槽周围， 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V型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，当槽口宽度w 1的取值为1.0~4. Ommmm、槽深Ch 1的取值为3~6mm、V型槽周期p为3 ~8mm时，V型槽对电磁场具有很好的束缚效果。
[0010] 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 SIR(阶跃阻抗)谐振单元的人工等离激元型带通滤波器样品，样品的参数如表1。
[0011] 表1微波滤波器样品各部分参数(单位:mm)
[0012]
[0013] 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，该样品为带通 滤波，其_3dB通带为2.0725GHz到6.5976GHz，样品在整个通带内反射系数小于-10dB，纹波 抖动低于1.4dB。设计一个不含过渡段。的滤波器，其介质板的介电常数同为2.65;对该滤 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，该滤波器通带 内反射系数大大超过-10dB。由图3和图4对比可知，该样品的反射特性得到有效改善。
[0014] 图5为样品在4GHz频段工作时，V型槽周围的电场分布图，由图可见，其电场主要束 缚于V型槽周围，扩散较小。
[0015] 图6为滤波器样品在1.3GHz频段工作时的表面电场分布图，由图6可见，其电场主 要分布于SIR阶跃谐振器上，此时，谐振器吸收了绝大部分输入的微波能量，使得几乎没有 微波信号沿SSPPs波导传输，这即是SIR谐振器在S21曲线上可引入一个传输零点的原理。通 过引入该传输零点，可以使滤波器变成一个带通滤波器，并且，通过调节SIR谐振器的几何 尺寸可以调控该传输零点在S21曲线上的位置，而通过调节V型槽的几何尺寸可以控制滤波 器在上阻带的截止频率的位置。因此，本滤波器具有通带范围和带外抑制特性灵活可控的 特点。
[0016] 图7是普通传输线和样品的色散特性对比图；其中图中的A为普通传输线的色散特 性，B为样品的色散特性。由图7可知该样品的滤波特性得到很好的优化。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的正面结构示意图；
[0018] 图2是本发明的背面结构示意图；
[0019] 图3是样品的S参数曲线图。
[0020] 图4是不采用过渡段的S参数曲线图；
[0021] 图5是滤波器样品在4GHz频段工作时的V型槽四周电场分布图；
[0022] 图6是滤波器样品在1.3GHz频段工作时的表面电场分布图；
[0023] 图7是普通传输线和样品的色散特性对比图；其中图中的A为普通传输线的色散特 性，B为样品的色散特性。
[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，ΘΑ工表面等离激元段， 7-V 型槽， 8-阶跃阻抗加载谐振单元。
【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。一种具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器，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连接有阶跃阻抗加载谐振单元8;所述的人工表面等离激元段6上分布有V 型槽7。
[0027] 前述的V型槽7的槽口宽度wl的取值为1.0~4.0_，槽深Chi的取值为3~6_，槽型 周期P为3~8mm。
[0028] 前述的金属地3的边缘为，满足乂2/〇^+1^+1^/2)2+￥2/(1^+2?- &)2=1椭圆方程的 曲线;其中a为曲线形状系数，其取值为15~35;h为金属微带宽度，其取值为8~15mm;g为金 属微带2与金属地3间距，即介质板1厚度，其取值为0.3~lmm，w为留白宽度，其取值为10~ 25mm，L!为微带波导段的长度，其取值为2~10mm，1^为过渡段长度，20~40mm，L 3为人工表面 等离激元段6的长度，其取值为90~110mm。所述的留白宽度w为金属微带2边沿到介质板1边 沿的距离。
[0029]前述的阶跃阻抗加载谐振单元8的第一段LR1的长度为8~15mm，宽度为1~3mm，第 二段LR2的长度为8~12mm，宽度为5~10_。
[0030]前述的过渡段5上设有深度渐变的V型槽7。
[0031]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L 3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V型槽周围；在L3进行传播时，该段内为SSPPs模式，该模式电磁 场被束缚在V型槽周围。
【主权项】
1. 一种具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器，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)连接有阶跃阻抗加载谐振单元(8);所述的人工表面等离激元段 (6)上分布有V型槽(7)。2. 根据权利要求1所述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器，其特 征在于:所述的V型槽(7)的槽口宽度wl的取值为1.0 ~4. Omm，槽深Chl的取值为3~6mm，槽 型周期P为3~8mm。3. 根据权利要求1或2所述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器，其 特征在于：金属地⑶边缘为，满足#/0^+1^+1^/2) 2+￥2/(1^+2?-&)2 = 1椭圆方程的曲线； 其中a为曲线形状系数，其取值为15~35; h为金属微带宽度，其取值为8~15mm; g为金属微 带⑵与金属地⑶间距，其取值为0.3~lmm，w为留白宽度，其取值为10~25臟山为微带波 导段的长度，其取值为2~10臟儿 2为过渡段长度，20~40mm，L3为人工表面等离激元段(6)的 长度，其取值为90~110mm。4. 根据权利要求1或2所述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器，其 特征在于：所述的阶跃阻抗加载谐振单元（8)的第一段LRl的长度为8~15mm，宽度为1~ 3mm，第二段LR2的长度为8~12mm，宽度为5~10mm。5. 根据权利要求1或2所述的具有阶跃阻抗单元的人工等离激元型微波带通滤波器，其 特征在于:所述的过渡段(5)上设有深度渐变的V型槽(7)。
【文档编号】H01P1/203GK105896004SQ201610250042
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月21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