一种锐截止Hilbert分形缺陷地结构微带低通滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是无线通信、雷达和遥感等技术的低通滤波器，特别是一种锐 截止Hilbert分形缺陷地结构微带低通滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信、雷达和遥感等技术的不断发展，阻带宽高性能的低通滤波器在无 线通信系统中发挥着重要的作用。
[0003] 传统的阶梯阻抗微带低通滤波器的尺寸大，阻带窄，不满足现代通信系统发展的 需要。一些学者在低通滤波器的小型化、宽阻带设计方面，做了大量研宄工作。文献[1-2] 采用开路T型微带结构替代传统微带滤波器中的阶梯阻抗传输线得到基于开路T型结构的 小型化超宽阻带滤波器的方案，该方法设计的滤波器尺寸较大；文献[3]通过把两个发卡 型谐振器用等效于电感的细微带线连接起来构成二级低通滤波器，其阻带性能明显改善， 但滤波器结构尺寸仍然较大。
[0004] 1987 年，Yablonovitch E 和 John S 分别独立提出光子带隙（Photonic Bandgap， PBG)晶体结构。1999年，韩国学者Lim Jong-Sik、Park Jun-Seok等人提出一种与光子带 隙晶体结构（PBG)结构具有相似带隙和慢波特性的缺陷地（Defected Ground Structure， DGS)结构。它是在微带线的金属接地面上，腐蚀出线宽形状各异的非金属单元，从而改变微 带线的分布电感和电容，以改善滤波器的各类传输特性。
[0005] DGS单元具有良好的带隙特性和慢波效应，具有比较好的特征阻抗，可大大改善电 路的阻带特性（比如抑制谐波、改善效率，提高Q值等）以及使传输线结构更加紧凑。传统 的DGS单元周期级联构成的低通滤波器阻带较窄，不能抑制高次谐波，从而限制了 DGS在低 通滤波器中的应用。文献[4]采用哑铃型和螺旋型缺陷接地结构获得了结构紧凑的DGS准 椭圆低通滤波器，其阻带宽度达到通带带宽的5倍。文献[5]半圆型阶梯阻抗线是传统高 低阶跃阻抗的一种变形，通过改变其半圆半径和狭缝宽度对滤波器进行优化设计，可以获 得良好的通带和阻带特性，但他们的设计方法较为复杂。
[0006] 早前对传统的哑铃型DGS单元进行HFSS仿真，传统的哑铃型DGS单元（图2)等 效于并联谐振电路的电容和电感。当这个哑铃的缝隙宽度确定后，等效电感由DGS的面积 确定。半圆谐振单元等效于串联谐振电路的电容和电感，当中间谐振单元的宽度确定后，等 效电容由半圆的面积决定。因此，DGS单元和半圆谐振单元能够等效于集总参数LC T型滤 波器。图4是DGS微带低通滤波器结构图及等效图。仿真结果如图5所示。阻带达到了 11. 6GHz，插入损耗和回波损耗比较大，没有实现良好匹配。为了实际应用，有必要进一步减 小其结构尺寸，使低通滤波器过渡带更加陡峭，阻带带宽更宽，通带损耗更小。所以，如何 在射频微带线上，实现对低通滤波器高次谐波的有效控制，使过渡带更加陡峭，而且尺寸进 一步减小是非常重要和迫切需要解决的问题。
[0007] 参考文献
[0008] [1]朱轶智，张晓娟，方广有.基于开路T型结构的小型化超宽阻带滤波器设计
[J]，电子与信息学报，32 (9)，2010 :2282-2286
[0009] [2]宁俊松，罗正祥，小型化超宽阻带低通滤波器的设计[J]，电子科技大学学报， 39(2)，2010 :223-226
[0010] [3]杨茂辉，徐军，赵青，彭林.一种新型小型化宽阻带低通滤波器设计[J]，微 波学报，26(4)，2010:61-64
[0011] [4]杨瑾屏，吴文.新型DGS准椭圆低通滤波器的研宄[J]，电子学 报，36(2)，2008:235-238
[0012] [5]魏峰，翟阳文，史小卫.一种新颖的缺陷地微带线低通滤波器[J]，西安电子科 技大学学报，36 (4)，2009:645-648
【发明内容】
[0013] 针对低通滤波器现有实现技术中存在的不足，本实用新型提出了一种锐截止 Hilbert分形缺陷地结构微带低通滤波器，以解决现有的低通滤波器尺寸较大和阻带较窄 等问题。
[0014] 本实用新型的目的在于利用Hilbert (希尔伯特）分形缺陷地单元（图1)代替传 统的哑铃型缺陷地单元（图3)的分形结构低通滤波器，使通带内的损耗和阻带宽度有着明 显的改善，过渡带非常陡峭，并且滤波器的尺寸也能够减小。
[0015] 本实用新型是这样实现的。它主要由介质板、微带金属面、接地金属面、输入端口、 输出端口组成。微带金属面包括传统的微带线和五个阻抗匹配部分，五个阻抗匹配部分从 输入到输出依次是梯形并联节、哑铃节、矩形节、哑铃节、梯形并联节；接地金属面包括三个 二次分形的Hilbert (希尔伯特）分形缺陷地单元结构；整体结构从输入到输出，上下对称， 左右对称，紧密相连。微带金属面的微带线和五个阻抗匹配部分为金属箔，接地金属面都为 金属箔，在其上按三个希尔伯特分形单元用腐蚀液腐蚀露出介质面。
[0016] 本实用新型引入Hilbert (希尔伯特）分形缺陷地单元代替传统的哑铃型缺陷地 单元。Hilbert分形DGS单元和矩形哑铃型DGS单元不同。二次迭代Hilbert分形结构单 元有着相对比较好的通带性能和阻带特性。它在较低的频段内有3个传输零点，在通带内 的插入损耗很小，通带到阻带很陡峭，它的尺寸比哑铃型DGS单元的尺寸要小。因此它非常 适合于低通滤波器的设计
[0017] 本实用新型利用希尔伯特分形单元作微带低通滤波器的分形缺陷地结构，使滤波 器结构紧凑，体积小，用带阻滤波器结构实现了传统的低通滤波器，截止频率较传统的低通 滤波器更高，达到了 4. 5GHz，有效的抑制了高次谐波，矩形系数达到了 0. 9,实现了锐截止。
[0018] 表1是传统滤波器与本实用新型微带低通滤波器性能参数比较。
[0019] 表1微带低通滤波器性能参数比较
[0020]
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型微带金属面的结构示意图（图2的仰视图）。
[0022] 图2是本实用新型结构的主视图
[0023] 图3是本实用新型接地金属面的结构示意图（图2的俯视图）
[0024] 图4是图3接地金属面上的三个Hilbert分形缺陷地结构单元示意图
[0025] 图5是Hilbert分形原理图
[0026] 图6是传统DGS微带低通滤波器结构图
[0027] 图7是传统DGS微带低通滤波器等效图
[0028] 图8是传统DGS微带低通滤波器HFSS仿真结果。
[0029] 图9是本实用新型当截止频率4. 5GHz阻带宽度5~15GHz矩形系数0. 90的实施 例的具体尺寸图
[0030] 图10是图9所示实施例HFSS仿真结果
[0031] 其中1----接地金属面，2----介质板，3----微带金属面，4----微带线，5----梯 形并联节，6----哑铃节，7----矩形节，8----哑铃节，9----梯形并联节，10----缺陷地单 元，11----缺陷地单元，12----缺陷地单元。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做一个详细的说明。
[0033] 实施例
[0034]从图中看出本实用新型主要由介质板（2)、微带金属面（3)、接地金属面（1)、输入 端口、输出端口组成。微带金属面（3)包括传统的微带线（4)和五个阻抗匹配部分，五个阻 抗匹配部分从输入到输出依次是梯形并联节（5)、哑铃节（6)、矩形节（7)、哑铃节（8)、梯形 并联节（9);接地金属面（1)包括三个二次分形的Hilbert (希尔伯特）分形缺陷地单元结 构（10)、（11)、（12);整体结构从输入到输出，上下对称，左右对称，紧密相连。微带金属面 (3)的微带线（4)和五个阻抗匹配部分为金属箔，接地金属面都为金属箔，在其上按三个希 尔伯特分形单元用腐蚀液腐蚀露出介质面。
[0035] 介质板（2)的相对介电常数为e r = 2. 2,介质层厚度为H = 0. 781mm。中间微带 线宽为2. 4mm。
[0036] 当截止频率4. 5GHz阻带宽度5~15GHz矩形系数0. 90的实施例的具体尺寸见图 9,其中梯形并联节（5) (9)的长度分别为7mm和5mm，宽度都是0.5mm。哑铃节（6) (8)半径 长度为2mm，连结狭缝的长度为0? 515mm，宽度为0? 3mm。矩形节（7)其长度为2. 3mm，宽度 为 1. 5mm〇
[0037] 分形缺陷地单元结构（10)、（12)相同，分形次数为2阶，长宽为4. 8x4. 8mm，其中线 宽t为0? 3mm，分形宽度a为0.6mm，中间开口宽度g为0.2mm。分形缺陷地单元结构（11) 分形次数为2阶，长宽为5. 5x5. 5mm，其中线宽t为0? 3mm，分形宽度a为0? 7mm，中间开口宽 度g为0. 2_。
[0038]图9的仿真结果为图10,从中可以看到，本实用新型低通滤波器的尺寸减小很多， 过渡带很陡峭，通带纹波为〇. 2dB，其通带内回波损耗较小，为-17dB，阻带比较宽，延伸至 13. 5GHz，通带内的回波损耗和插入损耗都比较小。矩形系数用来描述过渡带的陡峭程度， 矩形系数越接近于1，陡峭程度越明显，与传统的哑铃型DGS相比，矩形系数有明显的改善， 达到了 0. 9,实现了锐截止。设计的滤波器滤波器截止频率、阻带宽度、矩形系数参数比较如 表1。
【主权项】
1. 一种锐截止Hilbert分形缺陷地结构微带低通滤波器，它主要由介质板、微带金属 面、接地金属面、输入端口、输出端口组成，其特征在于微带金属面包括传统的微带线和五 个阻抗匹配部分，五个阻抗匹配部分从输入到输出依次是梯形并联节、哑铃节、矩形节、哑 铃节、梯形并联节；接地金属面包括三个二次分形的Hilbert分形缺陷地单元结构；整体结 构从输入到输出，上下对称，左右对称，紧密相连；微带金属面的微带线和五个阻抗匹配部 分为金属箔，接地金属面都为金属箔，在其上按三个希尔伯特分形单元用腐蚀液腐蚀露出 介质面。
【专利摘要】本实用新型公开了一种锐截止Hilbert分形缺陷地结构微带低通滤波器，它主要由介质板、微带金属面、接地金属面、输入端口、输出端口组成，在其微带金属面包括传统的微带线和从输入到输出依次排列的梯形并联节、哑铃节、矩形节、哑铃节、梯形并联节等五个阻抗匹配部分；接地金属面包括三个二次分形的Hilbert分形缺陷地单元结构；整体结构上下对称，左右对称，紧密相连；仿真结果表明：与传统的哑铃型缺陷地结构(DGS)微带低通滤波器相比,本实用新型可以减小结构尺寸和通带内的反射损耗,并联枝节可有效抑制高次谐波分量，回波损耗和通带内的纹波比较小，过渡带陡峭，结构紧凑。具有成本低、尺寸小、易加工等优点。
【IPC分类】H01P1/203
【公开号】CN204614908
【申请号】CN201520276088
【发明人】沈怡彦, 杨维明, 彭菊红, 朱星宇, 赵楠博
【申请人】湖北大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月29日