本发明属于微波传输器件技术领域，具体是一种基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器。
背景技术：
随着无线通信技术的迅猛发展，人们对无线通信系统的数据传输速率和保密性提出了更高的要求。超宽带技术作为一种关键技术应运而生。2002年，美国联邦通信委员会同意将3.1GHz到10.6GHz用于商用，打开了超宽带技术快速发展的大门。由于超宽带技术具有成本低、传输速率快、安全性好、功耗小等优点，超宽带技术显示出巨大的市场价值和广泛的应用前景。超宽带滤波器作为超宽带通信系统的重要部件，其性能对整个通信系统有很大影响，如何实现高性能的超宽带滤波器成为目前研究的热点之一。
实现超宽带滤波器的方法有很多，目前主要有：1.采用高通滤波器和低通滤波器级联实现超宽带，但其结构复杂、体积大，不利于集成；2.基于短路枝节加载传输线结构，该型滤波器尺寸大、选择性差；3.采用多模结构，但是这种结构设计复杂、加工难度大、可靠性差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有设计简单、小尺寸、低插入损耗、高带外抑制等特点的基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器，包括从上到下依次排列的上层信号层、中间金属地层和底层信号层，其中：
上层信号层包括第一八角形传输单元和第二八角形传输单元、第一输入/输出端口、第二输入/输出端口和质基板，第一输入/输出端口与第一八角形传输单元相连，第二输入/输出端口与第二八角形传输单元相连，第一输入/输出端口和第一八角形传输单元与第二输入/输出端口和第二八角形传输单元左右对称设置；
中间金属地层设置有第一八角形缺陷单元和第二八角形缺陷单元，第一八角形缺陷单元位第一八角形传输单元正下方，第二八角形缺陷单元位于第二八角形传输单元正下方；
底层信号层设置有第三八角形传输单元、第四八角形传输单元、开路短截线和均匀传输线，第三八角形传输单元位于第一八角形缺陷单元的正下方，第四八角形传输单元位于第二八角形缺陷单元的正下方，第三八角形传输单元和第四八角形传输单元通过均匀传输线相连，均匀传输线中间加载开路短截线。
作为一种具体示例，整个超宽带滤波器关于中间轴线对称，所述中间轴线位于均匀传输线中心位置且垂直于均匀传输线。
作为一种具体示例，所述的第一八角形传输单元、第二八角形传输单元、第三八角形传输单元和第四八角形传输单元具有完全相同的形状和大小。
作为一种具体示例，所述第一八角形缺陷单元和第二八角形缺陷单元是在中间金属地层上蚀刻形成的八角形单元；所述第一八角形缺陷单元位于第一八角形传输单元正下方，第二八角形缺陷单元位于第二八角形传输单元正下方，第三八角形传输单元和第四八角形传输单元分别位于第一八角形缺陷单元和第二八角形缺陷单元正下方。
作为一种具体示例，所述第三八角形传输单元和第四八角形传输单元通过均匀传输线连接，且开路短截线位于均匀传输线中间位置。
进一步地，所述第一八角形传输单元、第二八角形传输单元、第三八角形传输单元、第四八角形传输单元的宽度和长度均能够调节，通过改变宽度调节耦合系数，通过改变长度调节该滤波器的中心频率。
进一步地，通过改变所述开路短截线的尺寸，调节谐波抑制性能。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用八角形缺陷地耦合结构，能够较容易地实现传输线之间的强耦合作用，在较小的插入损耗下实现超过110％的相对带宽，且通带中心频率和带宽均可控制；(2)通过加载开路短截线，能够实现四次谐波抑制，有很好的带外抑制特性；(3)具有尺寸较小、加工方便、成本低廉的优点，便于设计和集成。
附图说明
图1为本发明基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器的结构示意图。
图2为基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器上层信号层的结构示意图。
图3为基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器中间金属地层的结构示意图。
图4为基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器底层信号层的结构示意图。
图5为基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器的频率响应图。
具体实施方式
以下结合图1～4，对本发明作进一步详细说明：
本发明基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器，包括从上到下依次排列的上层信号层1、中间金属地层2和底层信号层3，其中：
上层信号层1包括第一八角形传输单元5和第二八角形传输单元6、第一输入/输出端口4、第二输入/输出端口7和质基板8，第一输入/输出端口4与第一八角形传输单元5相连，第二输入/输出端口7与第二八角形传输单元6相连，第一输入/输出端口4和第一八角形传输单元5与第二输入/输出端口7和第二八角形传输单元6左右对称设置；
中间金属地层2设置有第一八角形缺陷单元9和第二八角形缺陷单元10，第一八角形缺陷单元9位第一八角形传输单元5正下方，第二八角形缺陷单元10位于第二八角形传输单元6正下方；
底层信号层3设置有第三八角形传输单元11、第四八角形传输单元14、开路短截线13和均匀传输线12，第三八角形传输单元11位于第一八角形缺陷单元9的正下方，第四八角形传输单元14位于第二八角形缺陷单元10的正下方，第三八角形传输单元11和第四八角形传输单元14通过均匀传输线12相连，均匀传输线12中间加载开路短截线13。
作为一种具体示例，整个超宽带滤波器关于中间轴线对称，所述中间轴线位于均匀传输线12中心位置且垂直于均匀传输线12。
作为一种具体示例，所述的第一八角形传输单元5、第二八角形传输单元6、第三八角形传输单元11和第四八角形传输单元14具有完全相同的形状和大小。
作为一种具体示例，所述第一八角形缺陷单元9和第二八角形缺陷单元10是在中间金属地层2上蚀刻形成的八角形单元；所述第一八角形缺陷单元9位于第一八角形传输单元5正下方，第二八角形缺陷单元10位于第二八角形传输单元6正下方，第三八角形传输单元11和第四八角形传输单元14分别位于第一八角形缺陷单元9和第二八角形缺陷单元10正下方。
作为一种具体示例，所述第三八角形传输单元11和第四八角形传输单元14通过均匀传输线12连接，且开路短截线13位于均匀传输线12中间位置。
进一步地，所述第一八角形传输单元5、第二八角形传输单元6、第三八角形传输单元11、第四八角形传输单元14的宽度和长度均能够调节，通过改变宽度调节耦合系数，通过改变长度调节该滤波器的中心频率。
进一步地，通过改变所述开路短截线13的尺寸，调节谐波抑制性能。
实施例1
图1所示，本实施例中的基于缺陷地结构的八角形超宽带微带滤波器包括从上到下依次排列的上层信号层1、中间金属地层2、底层信号层3。如图2所示，上层信号层1包括介质基板8、第一输入/输出端口4、第二输入/输出端口7、第一八角形传输单元5、第二八角形传输单元6，第一输入/输出端口4与第一八角形传输单元5相连，第二输入/输出端口7与第二八角形传输单元6相连，第一输入/输出端口4和第一八角形传输单元5与第二输入/输出端口7和第二八角形传输单元6左右对称设置，介质基板8为介电常数为3.66的RO4350B,厚度为0.254mm。如图3所示，中间金属地层包括第一八角形缺陷单元9和第二八角形缺陷单元10，第一八角形缺陷单元9位第一八角形传输单元5正下方，第二八角形缺陷单元10位于第二八角形传输单元6正下方。如图3所示，底层信号层包括第三八角形传输单元11、均匀传输线12、开路短截线13、第四八角形传输单元14和介质基板15，介质基板15为介电常数为3.66的RO4350B，厚度为0.254mm，第三八角形传输单元11位于第一八角形缺陷单元9的正下方，第四八角形传输单元14位于第二八角形缺陷单元10的正下方，第三八角形传输单元11和第四八角形传输单元14通过均匀传输线12相连，均匀传输线12中间加载开路短截线13。
本实施例中采用的第一八角形缺陷单元9和第二八角形缺陷单元10是在金属接地板上蚀刻的八角形结构，介质基板上的微带贴片和中间金属地层均采用铜材料。
利用电磁仿真软件HFSS对该新型八角形缺陷地超宽带滤波器进行仿真计算，图4为该滤波器频率响应特性的仿真计算的结果，其中，曲线S21是信号的传输特性曲线，曲线S11是信号端口反射的特性曲线。由图可知，本实施例中的超宽带滤波器的3-dB带宽从3.4GHz到12.3GHz，相对带宽为113％，具有超宽带带通特性。中心频率附近插入损耗小于0.4dB，带内回波损耗小于-12dB，且20dB带外抑制从14.5GHz到35GHz，具有非常高的带外抑制效果。带内群延时小于0.42ns，说明该滤波器不但有很好的超宽带特性而且线性度好。
综上，本发明提供的新型八角形缺陷地结构超宽带滤波器具有带宽宽、损耗小、带外抑制效果好且线性度高的优点，同时该滤波器采用缺陷地耦合结构，大大减小了电路的尺寸，端口的平面结构也方便进行集成，该滤波器可以广泛使用于各类通信网络中。