专利名称：具有陷波特性的小型超宽带滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，具体涉及ー种具有陷波特性的能够抑制WLAN信号干扰的小型超宽带滤波器。
背景技术：
随着室内高速无线数据接入技术的发展，要求未来的无线通信系统比现有系统具有更大的数据吞吐量。在此背景下，超宽带(UWB)技术作为一种有效的短距离无线接入技术日益得到重视，成为目前通信领域的ー个研究热点。针对IEEE 802.15.3a标准提出分配3.1 10.6GHz频段给超宽带通信使用的需要，超宽带滤波器作为无线通信系统中关键的无源器件之一，使得学术界和エ业界对其的研究热情日益高涨。对于UWB滤波器，既要求其工作在3.1 10.6GHz这样ー个非常宽的频带内，同时要求该滤波器必须具有比较小的尺寸，以便能和其他电路集成，而传统的均匀传输线平行耦合微带线的设计方法无法设计出这么宽频带的滤波器。由于无线技术的迅速发展和多种通信系统的并存，FCC所定义的超宽带频段内覆盖了ー些现有无线通信系统的频率，如5.15-5.35GHz作为无限局域网通信(WLAN)的标准IEEE 802.1la的ー个频段，可能会对通信形成干扰。为了提高滤波器的频率选择特性，在超宽带滤波器的设计中需要加入一些陷波频段以減少来自于这些无线通信系统的干扰，因此有必要设计ー种具有陷波特性的能够抑制WLAN信号干扰的小型超宽带滤波器。经对现有技术的文献检索发现，Xiao-Lan Zhao等人在2012年5月5日至8日的Microwave and Millimeter Wave Technology International Conference(微波和毫米波技术国际会议)上发表了 “Design of Compact Ultra-Wideband (UffB) Bandpass Filterwith Notch Band (具有陷波阻带的紧凑型超宽带带通滤波器设计)”,文中实现了在5.8GHz处的带阻特性。但是该文献中的滤波器的对高频段的带外抑制并不理想，带外抑制只能达到 14GHz左右。检索中还发现，2006年8 月 Sheng Sun等人在 IEEE Microwave and WirelessComponents Letters,(微波和无线器件快报)第16卷第8期上发表了“ Dual-band UffBfilter with LTCC technology (基于低温共烧陶瓷技术的双频带超宽带带通滤波器)”,文中的滤波器具有2.9 - 5.15 GHz和5.85 - 10.7 GHz两个通带，即在5.15-5.95GHz处有ー个陷波阻帯，但是该文的滤波器结构比较复杂，对制作エ艺要求较高。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供ー种具有陷波特性的能够抑制WLAN信号干扰的小型超宽带滤波器，使其能够解决现有微带滤波器频带窄、尺寸较大、带外抑制频带窄的不足。本发明覆盖2.6-11.2GHz这样ー个比较宽的频带，带外抑制至少能够达到30GHz，能够抑制WLAN的IEEE 802.1la标准频段的信号对IEEE 802.15.3a标准的频段干扰的小型超宽带滤波器，其结构主要是由带通滤波器和带阻滤波器的级联构成。具体来说，本发明提供的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其结构如图1、图2所示。包括ー个起支撑作用的介质板10，两个输入\输出端ロ，其特征在于，所述介质板10的正面有:第一均匀传输线単元2、折叠耦合臂单元3、第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7、十字型短截线单元5、过孔单元6、第二均匀传输线单元8 ;介质板的反面有:第一 DGS単元12、第二DGS单元13、第三DGS单元14、第四DGS单元15、第五DGS单元16、第六DGS单元17、第一“中”字型siot结构单元11、第二“中”字型slot结构单元18和接地单元19 ;其中:
第一输入\输出端ロ I和第一均勻传输线单兀2相接，第二输入\输出端ロ 9和第二均匀传输线单元8相接；第一叉哑铃型叉指电容单元4和第二哑铃型叉指电容单元7通过十字型短截线单元5相连接，第一哑铃型叉指电容单元4的一端和第一均匀传输线单元2相连，第一哑铃型叉指电容单元4另一端和十字型短截线5相连，叉指电容单元4的一条外侧耦合臂延长并折叠形成折叠耦合臂单元3，第一哑铃型叉指电容单元4与折叠耦合臂单元3相连且相垂直，连接点靠近叉指电容单元4与第一均匀传输线单元2相连的一端；第ニ哑铃型叉指电容单元7的一端和十字型短截线5相连，第二哑铃型叉指电容单元7的另一端和第二均匀传输线单元8相连；
第一“中”字型slot结构单元11、第二“中”字型slot结构单元18分别位于第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7的下方；第一 DGS単元12、第六DGS単元17分别位于第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7的下方，并以中心对称分布；第二 DGS単元13、第三DGS単元14、第四DGS単元15和第五DGS単元16都位于十字型短截线单元5的下方；所述的过孔单元6穿过介质板10，连接十字型短截线单元5和接地单元19 ；
本发明中，所述的第一 DGS单元12、第二 DGS单元13、第三DGS单元14、第四DGS单元15、第五DGS単元16、第六DGS単元17，它们是传统的哑铃型DGS单元结构的变形，由中间的细凹槽及其两边连接的等腰直角三角形构成，DGS两端的头的部分位于十字型短截线单元5、第一哑铃型叉指电容单元4和第二哑铃型叉指电容单元7的下方，DGS阵列结构呈非均匀排列。本发明中，所述的第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元8、折叠耦合臂单元3、第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7、十字型短截线单元5、过孔单元6和接地单元19均为导体。本发明中，所述的第一 DGS単元12、第二 DGS単元13、第三DGS単元14、第四DGS単元15、第五DGS単元16、第六DGS単元17、第一“中”字型slot结构单元11和第二“中”字型slot结构单元18都是在接地単元19上刻蚀去相应的DGS结构和缝隙形状，而形成的空气单元结构。本发明中，所述的第一输入\输出端ロ I外接信号源，外加的激励信号通过第一均匀传输线单元2、折叠耦合臂单元3、第一哑铃形叉指电容单元4，再通过十字型短截线单元
5、第二哑铃形叉指电容单元7和第二均匀传输线单元8，最后经由第二输入\输出端ロ 9到达外部电路，实现对信号进行滤波。本发明中，所述的第一哑铃形叉指电容单元4、第二哑铃形叉指电容单元7叉指的比值为2:1，指间的间距是0.1mm。本发明中，所述的第一均匀传输线单元2是50Q均勻传输线。本发明中，所述的介质板10，其介电常数为2.65。本发明采用哑铃型叉指电容结构，与传统的平行叉指电容相比，面积相同，但是延长了耦合长度，有利于缩小滤波器尺寸。本发明通过由背面的DGS单元来实现低通滤波器，由正面的哑铃型叉指电容单元和十字型短截线单元来实现高通滤波器功能，理论上只要分别调节低通滤波器的截止频率和高通滤波器的截止频率在一定范围内可以实现任意带宽的带通滤波器。此外由于本发明采用了折叠耦合臂结构实现陷波特性，在5.3GHz处产生衰减大于-20dB的阻带，能够成功抑制无限局域网通信(WLAN)的标准IEEE 802.1Ia的干扰信号。本发明无需在UWB滤波器串联带阻滤波器，因而设计紧凑，有利于和其它射频(RF)电路的集成。
图1为本发明超宽带滤波器总体的结构示意图。图2为本发明超宽带滤波器的正面结构示意图。图3为本发明超宽带滤波器的反面结构示意图。图4为本发明超宽带滤波器仿真的频率特性示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括:包括ー个起支撑作用的介质板，两个输入\输出端ロ，输入\输出端ロ分别和介质板的正面和介质板的反面相连接。其中介质板的正面和输入\输出端ロ的信号连接，介质板的反面和地连接。输入\输出端ロ有两个,分别为第一输入\输出端ロ I和第二输入\输出端ロ 9。如图2所示，本实施例所述的介质板10的正面有:第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元8、折叠耦合臂单元3、第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元
7、十字型短截线单元5、过孔单元6。输入\输出端ロ有两个，第一输入\输出端ロ I和第一均勻传输线单兀2相接，第二输入\输出端ロ 9和第二均勻传输线单兀8相接,第一叉指电容单元4和第二叉指电容单元7通过十字型短截线单元5相连接。第一叉指电容单元4的一端和第一均匀传输线单元2相连，另一端和十字型短截线单元5相连，叉指电容的一条外侧耦合臂被延长并折叠形成折叠耦合臂，叉指电容与折叠耦合臂单元3相垂直，与折叠耦合臂単元3的连接点靠近叉指电容与均匀传输线相连的一端。第二叉指电容单元7的一端和十字型短截线单元5相连，另一端和第二均匀传输线单元8相连。过孔单元6有ー个，连接十字型短截线单元4和位于反面部分的接地単元19。过孔单元6穿过介质板10。介质板10起支撑作用，在介质板的一面上是第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元8、折叠耦合臂单元3、第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7、十字型短截线单元5。在介质板的另一面上是第一 DGS单元12、第二 DGS单元13、第三DGS单元14、第四DGS単元15、第五DGS単元16、第六DGS単元17、第一“中”字型slot结构单元11、第二“中”字型slot结构单元18和接地单元19。如图3所示，本实施例所述的介质板10的反面有:第一 DGS单元12、第二 DGS单元13、第三DGS単元14、第四DGS単元15、第五DGS単元16、第六DGS単元17、第一“中”字型slot结构单元11、第二“中”字型slot结构单元18和接地单元19。第一“中”字型slot结构单元11、第二“中”字型slot结构单元18分别位于第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7的下方。第一 DGS単元12和第六DGS単元17分别位于第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7的下方，并以中心对称分布。第二 DGS单元13、第三DGS单元14、第四DGS单元15和第五DGS单元16都位于十字型短截线单元5的下方。所述的第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7均由传统的平行耦合叉指电容变化而成，将传统的矩形叉指修改为哑铃型，増加了耦合线长度，两个哑铃型叉指电容单元的指的比值均为2:1，指间的间距是0.1mm，连接第一哑铃型叉指电容单元4、第二哑铃型叉指电容单元7的第一均匀传输线单元2和第二均匀传输线单元8均为50 —均匀传输线。所述的六个DGS单元12、13、14、15、16、17，是将传统的哑铃型DGS单元结构进行变形创新，由中间的细凹槽及其两边连接的等腰直角三角形构成，DGS两端的头的部分位于十字型短截线单元5、第一哑铃型叉指电容单元4和第二哑铃型叉指电容单元7的下方，DGS阵列结构呈非均匀排列。所述的第一哑铃型叉指电容单元4位于第一 “中”字型slot単元11、第一 DGS单元12所处位置的上方。所述的第二哑铃型叉指电容单元7位于第六DGS単元17、第二 “中”字型slot单元18所处位置的上方。所述的两个哑铃型叉指电容单元4、7，折叠耦合臂单元3、十字型短截线单元5，均匀传输线单元2、8，过孔单元6和接地単元19均为导体。所述的六个DGS单元12、13、14、15、16、17和两个“中”字型slot结构单元11、18都是在接地单元19上刻蚀去相应的DGS结构和缝隙结构的形状，形成空气单元。所述的介质板10为低介电常数物质,其介电常数为2.65。本实施例所述的第一输入\输出端ロ I外接信号源，外加的激励信号通过均第一匀传输线单元2、折叠耦合臂单元3、第一哑铃型叉指电容单元4，再通过十字型短截线单元
5、第二哑铃型叉指电容单元7和第二均匀传输线单元8最后经由第二输入\输出端ロ 9到达外部电路，实现对信号进行滤波。级联的哑铃型叉指电容和十字型短截线具有滤除低频信号的功能，周期性的DGS结构具有滤除高频信号的功能，折叠耦合臂具有带阻功能，将三者结合起来实现具有陷波特性的能够抑制WLAN信号干扰的小型超宽带滤波器。如图4所示，本实施例的频率特性包括:S21 (传输损耗)參数和Sll (回波损耗)參数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz ;纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本发明的超宽带滤波器的通带是2.58GHz-5.15GHz和5.50GHz-ll.48GHz, S21參数在通带内大于-1.0dB, Sll參数在通带内小于_9dB。
权利要求
1.ー种具有陷波特性的小型超宽带滤波器，包括ー个起支撑作用的介质板(10)，两个输入\输出端ロ，其特征在于，所述介质板(10)的正面有:第一均匀传输线单元(2)、折叠耦合臂单元(3)、第一哑铃型叉指电容单元(4)、第二哑铃型叉指电容单元(7)、十字型短截线単元(5)、过孔单元(6)、第二均匀传输线单元(8);介质板的反面有:第一 DGS単元(12)、第ニ DGS单元(13)、第三DGS单元(14)、第四DGS单元(15)、第五DGS单元(16)、第六DGS单元(17)、第一“中”字型slot结构单元(11)、第二“中”字型slot结构单元(18)和接地单元(19);其中: 第一输入\输出端ロ(I)和第一均勻传输线单兀(2)相接,第二输入\输出端ロ(9)和第二均匀传输线单元(8)相接；第一叉哑铃型叉指电容单元(4)和第二哑铃型叉指电容单元(7)通过十字型短截线单元(5)相连接，第一哑铃型叉指电容单元(4)的一端和第一均匀传输线単元(2)相连，第一哑铃型叉指电容单元(4)另一端和十字型短截线(5)相连，叉指电容单元(4)的一条外侧耦合臂延长并折叠形成折叠耦合臂单元(3)，第一哑铃型叉指电容单元(4)与折叠耦合臂单元(3)相连且相垂直，连接点靠近叉指电容单元(4)与第一均匀传输线単元(2)相连的一端；第二哑铃型叉指电容单元(7)的一端和十字型短截线(5)相连，第二哑铃型叉指电容单元(7)的另一端和第二均匀传输线单元(8)相连； 第一“中”字型slot结构单元(11)、第二“中”字型slot结构单元(18)分别位于第一哑铃型叉指电容单元(4)、第二哑铃型叉指电容单元(7)的下方；第一 DGS単元(12)、第六DGS単元(17)分别位于第一哑铃型叉指电容单元(4)、第二哑铃型叉指电容单元(7)的下方，并以中心对称分布 ，第二 DGS単元(13)、第三DGS単元(14)、第四DGS単元(15)和第五DGS単元(16)都位于十字型短截线单元(5)的下方；所述的过孔单元(6)穿过介质板(10)，连接十字型短截线单元(5)和接地単元(19)。
2.如权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在于，所述的第一DGS单元(12)、第二 DGS单元(13)、第三DGS单元(14)、第四DGS单元(15)、第五DGS单元(16)、第六DGS単元(17)，它们是传统的哑铃型DGS单元结构的变形，由中间的细凹槽及其两边连接的等腰直角三角形构成，DGS两端的头的部分位于十字型短截线单元(5)、第一哑铃型叉指电容单元 (4)和第二哑铃型叉指电容单元(7)的下方，DGS阵列结构呈非均匀排列。
3.如权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在于，所述的第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(8)、折叠耦合臂单元(3)、第一哑铃型叉指电容単元(4)、第二哑铃型叉指电容单元(7)、十字型短截线单元(5)、过孔单元(5)和接地単元(19)均为导体。
4.如权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在于，所述的第一DGS单元(12)、第二 DGS单元(13)、第三DGS单元(14)、第四DGS单元(15)、第五DGS单元(16)、第六DGS単元(17)、第一“中”字型slot结构单元(11)和第二“中”字型slot结构单元(18)都是在接地单元(19)上刻蚀去相应的DGS结构和缝隙形状，而形成的空气单元结构。
5.如权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在于，所述的第一输入\输出端ロ(I)外接信号源，外加的激励信号通过第一均匀传输线单元(2)、折叠耦合臂单元(3)、第一哑铃形叉指电容单元(4)，再通过十字型短截线单元(5)、第二哑铃形叉指电容单元(7)和第二均匀传输线单元(8)，最后经由第二输入\输出端ロ(9)到达外部电路，实现对信号进行滤波。
6.如权利要求1或2或3或5所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在干，所述的第一哑铃形叉指电容单元(4)、第二哑铃形叉指电容单元(7)叉指的比值为2:1，指间的间距是0.1mm。
7.如权利要求1或3或5所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在于，所述的第一均匀传输线单元(2)是50—均匀传输线。
8.如权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带滤波器，其特征在于，所述的介质板(10)，其介电常数为2.65 。
全文摘要
本发明属于通信技术领域，具体为一种具有陷波特性的小型超宽带滤波器。该滤波器包括一个起支撑作用的介质板，两个输入\输出端口；介质板正面有哑铃形叉指电容单元、折叠耦合臂单元、十字型短截线单元、过孔单元和均匀传输线单元。哑铃形叉指电容单元有两个，两个叉指电容单元之间通过一个十字型短截线单元相连；每个输入\输出端口和一个均匀传输线单元相连；介质板反面有非均匀DGS单元、“中”字型slot结构单元和接地单元，非均匀DGS单元共有六个，各单元的外形尺寸呈非均匀排列，“中”字型slot结构单元共两个。本发明采用在折叠耦合臂的方式实现滤波器的陷波特性。
文档编号H01P1/205GK103117430SQ201310046760
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者宋永慧, 杨国敏, 文舸一 申请人:复旦大学