基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器的制作方法

本实用新型属于微波与射频通信技术领域，尤其涉及基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器。

背景技术：

近些年来，小型化、高频率选择性、宽阻带抑制微带低通滤波器逐渐广泛的应用于射频/微波电路，比如说卫星和移动通信系统中。由传统的阶跃阻抗谐振器以及由理查德变换和柯洛达法则实现的微带低通滤波器只能构成巴特沃斯和切比雪夫响应类型的低通滤波器。这两种类型滤波器单枝节通带到阻带的过渡带大，因此要想获得高的频率选择性必须增加滤波器的节数，这样一来就增加通带内的插入损耗和滤波器的物理尺寸。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器，包括中间介质基板(1)、单节阶跃阻抗谐振器(2)、直线形微带馈电线(5)和背面接地金属(3)；

所述中间介质基板(1)为矩形；

所述单节阶跃阻抗谐振器(2)、直线形微带馈电线(5)位于中间介质基板(1)的上表面，所述背面接地金属(3)位于中间介质基板(1)的下表面，在背面接地金属(3)上刻蚀有缺陷地结构(4)。

所述单节阶跃阻抗谐振器(2)为一段对称折叠的变化阻抗的谐振器，其两端为宽的结构，中间段为窄的结构，单节阶跃阻抗谐振器(2)呈U形弯曲后设置于中间介质基板(1)的上表面，并且单节阶跃阻抗谐振器(2)关于中间介质基板(1)短边的中心线对称。

在单节阶跃阻抗谐振器(2)的中间段的左右两侧分别接有一根直线形微带馈线(5)，这两根直线形微带馈线(5)关于中间介质基板(1)短边的中心线对称。两根直线形微带馈线(5)将单节阶跃阻抗谐振器(2)中间段分割成两部分：与单节阶跃阻抗谐振器(2)两端宽的部分直接连接的部分为第一中间段(22)，与单节阶跃阻抗谐振器(2)两端宽的部分间接连接的部分为第二中间段(21)。

所述直线形微带馈线(5)为矩形，其短边的中心线与中间介质基板(1)长边的中心线重合。

所述缺陷地结构(4)为矩形，其长边与中间介质基板(1)的长边平行。

所述缺陷地结构(4)有三个，中间的缺陷地结构(4)长度大于左右两边的缺陷地结构(4)，

三个缺陷地结构(4)均以中间介质基板(1)上表面的直线形微带馈线(5)短边的中心线为对称线，分割成大小相同的上下两刻蚀空缺部分，并且这两空缺部分通过矩形槽相连，构成三个哑铃形缺陷地结构(4)。

所述中间介质基板(1)的尺寸为：L×W×H＝20mm×13.8mm×0.5mm，L表示中间介质基板(1)的长度，W表示中间介质基板(1)的宽度，H表示中间介质基板(1)的高度。

所述单节阶跃阻抗谐振器(2)和直线形微带馈电线(5)的尺寸参数为：W1＝0.396mm，W2＝0.232mm，W3＝0.9mm，L1＝5.92mm，L2＝1mm，L3＝2.626mm，L4＝0.796mm，L5＝6.3mm，S＝0.19mm，其中，W1为直线形微带馈电线(5)的宽度，两根直线形微带馈电线(5)的长度均为L1；

单节阶跃阻抗谐振器(2)两端宽的部分为两个矩形，该矩形宽度为W3，长度为L5，两个矩形相隔距离为S；

W2为单节阶跃阻抗谐振器(2)中间段窄的部分的宽度；

两根直线形微带馈线(5)将单节阶跃阻抗谐振器(2)中间段分割成两部分，其中下面的部分即与单节阶跃阻抗谐振器(2)两端宽的部分直接连接的两部分的长度均为L4，上面的部分即与单节阶跃阻抗谐振器(2)两端宽的部分间接连接的两部分的长度均为L3，上面的两部分间隔距离为L2。

所述缺陷地结构(4)的参数为：A＝2mm，D/2＝3mm，G＝0.2mm，B1＝7.8mm，B2＝8.3mm；

其中，三个缺陷地结构(4)的宽度均为A，左右两边的缺陷地结构(4)上下两部分的长度均为B1，中间的缺陷地结构(4)的上下两部分的长度均为B2；

缺陷地结构(4)中间矩形槽的长度值等于W1，宽度为G；

左右两边的矩形槽与中间矩形槽中心距离均为D/2。

所述正面单节阶跃阻抗谐振器为一段对称折叠的“低-高-低”变化阻抗的谐振器，两端宽的部分呈现出低阻抗和电容的特性，并且两端宽的部分存在容性耦合效应，中间段窄的部分呈现高阻抗和电感特性。

利用单节阶跃阻抗谐振器设计带有内部耦合的发卡形准椭圆函数响应的低通滤波器，该滤波器具有电尺寸小，频率选择性高的优良特性。

有益效果：本实用新型针对现代通信领域对小型化、高频率选择性、宽阻带抑制微带低通滤波器的需求，设计一种基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器。该滤波器具有电尺寸小、频率选择性高、阻带抑制效果好的特点。本实用新型提出的滤波器正面仅由单节阶跃阻抗发卡谐振器构成，该滤波器具有准椭圆函数的频率响应，因此该滤波器具有小型化、高频率选择性特性，背面缺陷地结构的设计实现宽阻带的滤波特性。本实用新型利用刻蚀在接地金属上的缺陷地结构有效增加了阻带的宽度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本实用新型设计的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器三维示意图。

图2为本实用新型设计的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器正面示意图。

图3为本实用新型设计的微带低通滤波器正面所示的单节阶跃阻抗发卡谐振滤波器的等效电路图。

图4为本实用新型设计的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器背面示意图。

图5为本实用新型设计的微带低通滤波器背面所示的缺陷地结构的等效电路图。

图6为本实用新型设计的微带低通滤波器的频率响应仿真和测试结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，为本实用新型的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器三维示意图，所述滤波器包括中间介质基板1、正面单节阶跃阻抗谐振器2、正面馈电线5、背面接地金属3、背面刻蚀在接地金属3上的缺陷地结构4。该滤波器的设计方法为：设计正面单节阶跃阻抗谐振器2实现低通滤波特性，该低通滤波具有高的频率选择特性，即从通带到阻带间的过渡带窄，再结合刻蚀在背面的缺陷地结构4，利用缺陷地结构4具有陷波的特性，通过合理设计缺陷地结构4的尺寸和个数实现宽阻带并保留高的频率选择性的低通滤波器。基于所述的单节阶跃阻抗谐振器2和缺陷地结构4，可以设计出具有高的频率选择性、宽的阻带、体积小等性能优良的低通滤波器。滤波器基板采用成本低廉的复合材料板，其介电常数10.8。整个器件尺寸：L×W×H＝20mm×13.8mm×0.5mm，L表示长度，W表示宽度，H表示高度，用电尺寸表示为：0.43λg×0.3λg×0.01λg，λg为本实用新型上通带截止频率2GHz对应的波导波长。

如图2所示，所述正面单节阶跃阻抗谐振器2为一段对称折叠的“低-高-低”变化阻抗的谐振器，两端宽的部分23呈现出低阻抗和电容的特性，并且两端宽的部分23存在容性耦合效应，中间段窄部分21、22呈现高阻抗和电感特性；各部分的尺寸参数为：W1＝0.396mm，W2＝0.232mm，W3＝0.9mm，L1＝5.92mm，L2＝1mm，L3＝2.626mm，L4＝0.796mm，L5＝6.3mm，S＝0.19mm。

在所述单节阶跃阻抗谐振器2高阻抗部分的两边接入两根特性阻抗Z0＝50Ω的直线形微带馈线5，构成准椭圆函数响应低通滤波器，其等效电路如图3所示。中间段窄的部分21等效成电感LM，中间段窄的部分22等效成电感LB，两端宽的部分23等效成电容CP和互耦电容CS。

如图4所示，为本实用新型设计的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器背面示意图，刻蚀在接地金属3上的缺陷地结构4数目为三对，其中两边的两对尺寸相同，中间一对长度略大于左右两边的两对。各部分的尺寸参数为：A＝2mm，D/2＝3mm，G＝0.2mm，B1＝7.8mm，B2＝8.3mm。设计不同的缺陷长度B1和B2是为了有效增加阻带的宽度。

如图5黑色虚线框所示，为图4背面缺陷地结构的等效电路图。由于B1和B2相差不太大，在等效电路分析时，为方便分析三个缺陷地等效的并联L-C谐振器，将等效参数设置相同。图5黑色虚线框电参数满足关系式(1)为：

其中j为数学符号，表示虚部。U、I、ω分别为等效回路的端电压，流过回路电流以及电路系统工作频率，L、C分别为单个缺陷地结构的等效电感和等效电容。

通过简单数学变换，式(1)调整为式(2)：

式(2)则为图5中下方虚线框所示的等效电路。刻蚀在接地金属上的缺陷地的面积影响并联L-C电路的等效电感大小，调整边长B1和B2的长度可以调整等效电感值，从而影响阻带宽度。

所述的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器的仿真和测试结果见图6所示。测试结果与仿真结果吻合的很好，根据测试结果，所述滤波器达到的特性见表1，表中：ASB为阻带衰减度；SB为阻带宽度，其与ASB的设定大小有关；TB为3dB通带到阻带间过渡带的宽度，其也与ASB的设定大小有关，其值越小反应出频率选择性越高；PBR为带通波纹。

表1

*指ASB<20dB情况下，SB的值为6.6GHz，TB的值为0.4GHz；

**指ASB<14dB情况下，SB的值大于10GHz，TB的值为0.35GHz；

本实用新型所述的微带低通滤波器的设计方法为：设计正面单节阶跃阻抗谐振器实现低通滤波特性，该低通滤波具有高的频率选择性，再结合刻蚀在背面的缺陷地结构，利用缺陷地结构具有陷波的特性，通过合理设计缺陷地结构的尺寸和个数实现宽阻带并保留高的频率选择特性的低通滤波器。本实用新型提出的基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器，其设计思路简洁，研制周期短，完全能够满足现代通信领域对小型化、高频率选择性、宽阻带抑制微带低通滤波器的需求。

本实用新型提供了基于单节阶跃阻抗谐振器和缺陷地结构的微带低通滤波器，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。