一种基于复合左右手特征的双通带滤波器

1.本实用新型涉及微波射频通信技术领域，具体是一种基于复合左右手特征的双通带滤波器。


背景技术：

2.气象雷达接收技术的发展不仅对于我国的大气监测和气象预测具有着极其重要的作用，还对一些灾害地区监测和灾害的报警具有重要意义。气象雷达的机制是比较固定的，机载气象雷达主要用来探测飞机前方航路上的气象目标和其他目标的存在以及分布状况，并将所探测目标的轮廓、雷雨区的强度、方位和距离等显示在显示器上。工作原理是利用电磁波经天线辐射后遇到障碍物被反射回来的原理，目标的导电系数越高，反射面越大，则回波越强。相对应的前端硬件结构是系统的核心组成部分，传统滤波器部分是采用波导结构，但体积较大加工难度较大，对于机载雷达来说这样的设备运载难度大，由此对气象雷达接收机前端机械硬件装备进行了研究，尤其是位于工作频段内的预选滤波器，旨在制造小型化且阻带抑制性能优良的滤波器，对气象雷达接收机设备的发展和优化提供一定的帮助。
3.随着无线电技术兴起和发展，融进了许多科技领域，不断推动了微波器件的发展，微波器件工作频率在不断提升。这个趋势是由于移动用户数越来越多，移动通信越来越广泛的在各个领域应用，不同的功能要求就要占用不同的通信频段频段，从而导致被占用的无线频段越来越高，因此射频器件工作频段也应该越来越趋于高频段。而随着频段被占用的越来越多，在万物互联的复杂电磁环境下，集成度高小型化也是微波器件的重要发展趋势。
4.现有技术中，《implementation of single cell composite right-left handed transmission line for ultra wideband band》(international journal of technology)公开了一种单节复合左右手单元微带叉指电容结构，是有六指插指电容构成，结构紧凑，工作频率为3.93ghz至9.2ghz，回波损耗是10db，谐振单元在4.2mm
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4.2mm，介质基板面积受制于接地层面积，浪费掉介质板很大面积；《a novel printed log-periodic dipole array based on composite right-left handed transmission line》(perspective technologies and methods in mems design)公开了一种基于复合右左手传输线的对数周期偶极子印刷阵列天线，采用共面带(cps)传输线技术和嵌入复合左右手传输线技术，通过最短的偶极子馈电，整个滤波器尺寸在62.5mm
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50mm，该天线带宽在700mhz-1020mhz，在尺寸上是相较于通宽带的微波天线较小，但回波损耗在-18db左右。《limitations in bandwidth and unit cell size of composite right-left handed transmission line based leaky-wave antenna》(european conference on antennas&propagation)讨论了基于复合右左手传输线的漏波天线的最佳谐振单元尺寸，漏波天线是单个短路枝节加一个孔径，仿真测试中心频率在2ghz左右，回波损耗是-16db，最终设计单元尺寸是单元长度为13.53毫米，结构的总长度为107.24毫米，同样暴露了微带线做谐振单
元固有的缺陷就是损耗较高，尺寸发展趋势是尽可能往紧凑的上去做。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种基于复合左右手特征的双通带滤波器，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
6.为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种基于复合左右手特性的双通带滤波器，包括介质基板，介质基板底部设有金属接地层，介质基板上集成有谐振结构，谐振结构一端连接输入馈线，另一端连接输出馈线；谐振结构包括四个开路复合左右手谐振单元，四个开路复合左右手谐振单元呈中心对称结构分布，相邻的两个开路复合左右手谐振单元之间级联一段短路枝节结构。
8.进一步地，开路复合左右手谐振单元由四条平行设置的交指耦合线构成。
9.进一步地，还包括四个铜质柱状体，每个短路枝节上设有接地通孔，每个铜质柱状体穿过接地通孔嵌设在介质基板中，其下端与金属接地层接触。
10.进一步地，谐振结构中，左右两端的开路复合左右手谐振单元分别与输入馈线和输出馈线连接，交指耦合线与输入馈线、输出馈线垂直。
11.进一步地，输入馈线和输出馈线分别连接介质基板侧面的集总端口。
12.本实用新型所带来的有益技术效果：
13.本实用新型提供的一种双通带滤波器适用于厘米波频段，尤其是适用于特定的气象雷达的射频前端滤波，既可以接收正常的工作信号抵抗机载高空的复杂环境，又较毫米波具有更好的绕射性降低传输损耗；谐振结构的尺寸较小，并能够减小微带双通带滤波器的尺寸，便于将微带滤波器集成到接收机内部，且回波损耗较低，成本较低。
附图说明
14.图1是本实用新型提出的基于复合左右手特性的双通带滤波器的立体图；
15.图2是本实用新型提出的基于复合左右手特性的双通带滤波器的俯视图；
16.图3是现有技术中基本等效贝塞尔滤波器电路结构图；
17.图4是本实用新型中做复合左右手传输线变换后的等效电路结构图；
18.图5为本实用新型提出的滤波器在激励下的s11参数的仿真图；
19.图6为本实用新型提出的滤波器在激励下的s21参数仿真图；
20.其中，1-介质基板；2-开路复合左右手谐振单元；3-交指耦合线；4-短路枝节；5-输入馈线；6-输出馈线；7-铜制柱状体；8-接地通孔；
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
22.一种基于复合左右手特性的双通带滤波器，如图1和图2所示，包括介质基板，其厚度为0.508mm、相对介电常数为2.2的rogers5880材质，尺寸大小为10.95mm
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10.98mm，介质基板底部设有金属接地层，介质基板上集成有谐振结构，谐振结构包括四个开路复合左右手谐振单元，四个开路复合左右手谐振单元呈中心对称结构分布，开路复合左右手谐振单元由四条平行设置的交指耦合线构成，相邻的两个开路复合左右手谐振单元之间级联一段
长度为1.34mm的短路枝节结构；两个相对的开路复合左右手谐振单元分别与输入馈线和输出馈线连接，交指耦合线与输入馈线、输出馈线垂直，输入馈线和输出馈线分别连接介质基板侧面的集总端口，集中端口连接最终测试需要连接的金属接口；
23.该结构还包括四个铜质柱状体，每个短路枝节上设有接地通孔，接地通孔半径r为0.375mm，每个铜质柱状体穿过接地通孔嵌设在介质基板中，其下端与金属接地层接触。
24.具体地，输入馈线和输出馈线为50ω馈线，谐振结构一端与输入馈线连接进行抽头馈电，另一端与输出馈线连接进行抽头馈电；
25.图3为基本等效贝塞尔滤波器电路结构图，该滤波器特点是可以在它的通频带内提供平坦的幅度和线性相位(即一致的群延时)响应，但是可以通过幅频特性明显看出通带增益效果并不好，两个通带的选择性是较差的，因此做了五阶的贝塞尔电路并在此基础上运用复合左右手特性改良电路，得到了较为理想的滤波效果，图4为做复合左右手传输线变换后的等效电路结构图。其等效原理是l3、c3、l1、c1、l4、c4构成了复合左右手滤波器的谐振结构部分，其中c3和l3分别是四指交指耦合线结构等效电容和其寄生电感，构成了串联结构。l1、c1、l4、c4分别是两端基板上层金属和接地面构成的接地电感和其寄生电容构成了并联结构。左右传输馈线产生的耦合谐振等效成l2、c2、l5、c5。该电路特点是在频率较低呈现左手特性，串联部分阻抗由串联电容c3起作用，并联部分由并联电感l1、l4起作用，由此表现出高通特性，截止频率为w
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，其表达式如下所示，在频率较高呈现右手特性，串联部分阻抗由串联电感l3起作用，并联部分由并联电容c1、c4起作用，由此表现出低通特性，截止频率为wr，其表达式如下所示。由于贝塞尔电路自身的特点，该滤波器过滤带较低、相位响应近乎呈线性。
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图5图6分别是复合左右手谐振结构的双通带滤波器的s11参数和s21参数，由图可得，该滤波器有两个明显的通带，且通带范围在9.6ghz-12ghz和18ghz-21ghz，根据双通带范围的限制，滤波器专有性较强，特别适用于特定的气象雷达的射频前端滤波。回波损耗在10db左右，满足滤波工作要求。
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当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。