專利名稱：一種帶阻濾波器設(shè)計方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電磁波領(lǐng)域，具體地涉及一種帶阻濾波器設(shè)計方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，帶阻濾波器特點在于減弱(或減少)一定頻率范圍信號，但容許頻率低于下限截止頻率和高于上限截止頻率的信號的通過 ，且，由于周期結(jié)構(gòu)可以控制電磁波的傳輸，近幾年周期結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)和應(yīng)用得到了人們的極大關(guān)注，比如頻率選擇表面(FSS)和光子帶隙材料。對于帶阻濾波器的設(shè)計，一般采取利用波導(dǎo)上附加揩振單元的結(jié)構(gòu)來做成，采用周期性排列的金屬貼片單元或金屬屏上周期性的開孔單元構(gòu)成的一種二維周期陣列結(jié)構(gòu)，如直接接觸式開關(guān)組成的單元諧振單元電路沿共面波導(dǎo)中心傳輸線方向周期性排列來達到帶阻濾波的目的。而隨著通信行業(yè)的發(fā)展，尋找一種更簡單、更小型化的帶阻濾波器成為人們的追求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供更簡單、更小型化的帶阻濾波器設(shè)計方法和系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的第一個技術(shù)方案是提供一種帶阻濾波器設(shè)計方法，包括SI.確定所需濾波頻率區(qū)段；S2.選擇基材以及人造微結(jié)構(gòu),組合成單元結(jié)構(gòu),測試所述單元結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)；S3.判斷所述的濾波頻率區(qū)段與所述的單元結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)能否濾波匹配，若否，則回到S2 ；S4.仿真所述的帶阻濾波器。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計方法中，所述的步驟S3后還包括步驟S31，用于根據(jù)所述帶阻濾波頻率區(qū)段確定單元結(jié)構(gòu)周期。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計方法中，所述的步驟S3后還包括步驟S32，對帶阻濾波頻率區(qū)段外的電磁波根據(jù)所述電磁參數(shù)進行阻抗匹配。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計方法中，所述的電磁參數(shù)包括介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計方法中，所述的人造微結(jié)構(gòu)為具有圖案的附著在基材上的金屬線。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計方法中，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計方法中，所述金屬線呈三維雪花狀、“工”字型或“工”字型的衍生型。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的第二個技術(shù)方案是提供一種帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)，包括濾波頻率輸入模塊用于確定所需濾波頻率區(qū)段；電磁參數(shù)選擇模塊與所述的濾波頻率輸入模塊相連，用于根據(jù)所述的頻率區(qū)段選擇帶阻濾波器的電磁參數(shù)；
·
仿真模塊與所述的電磁參數(shù)選擇模塊相連，用于根據(jù)所述的電磁參數(shù)選擇基材以及從數(shù)據(jù)庫中選擇人造微結(jié)構(gòu)進行匹配性仿真。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)中，所述帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)還包括單元結(jié)構(gòu)周期選擇模塊，用于根據(jù)所述帶阻濾波頻率區(qū)段確定單元結(jié)構(gòu)周期。在本發(fā)明所述的帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)中，所述帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)還包括阻抗匹配模塊，用于對帶阻濾波頻率區(qū)段外的頻率根據(jù)所述電磁參數(shù)進行阻抗匹配。根據(jù)本發(fā)明的帶阻濾波器設(shè)計方法以及系統(tǒng)中，利用一種某一頻率區(qū)段電磁波在各個方向都能受禁的范圍設(shè)計和制造帶阻濾波器，從而讓傳統(tǒng)的帶阻濾波器更簡單、更小型化。


圖I為本發(fā)明帶阻濾波器設(shè)計方法流程圖；圖2為本發(fā)明帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。
具體實施例方式為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本發(fā)明實施例一，一種帶阻濾波器設(shè)計方法，包括SI.確定所需濾波頻率區(qū)段；帶阻濾波器本質(zhì)上是個選頻元件，換句話說，帶阻濾波器是讓限定的頻帶之外的信號分量通過，而對該頻帶之內(nèi)的信號分量大大抑制的元件。理想帶阻濾波器在阻帶內(nèi)的增益為零。帶阻濾波器的中心頻率fo和抑制帶寬BW之間的關(guān)系為Q = V(^f1),fo= -、r;:f,Bff = fh-fpQ為品質(zhì)因數(shù)，fh為帶阻濾波器的上限頻率，為帶阻濾波器的下限頻率，其中fh>f\。帶寬BW越窄，品質(zhì)因數(shù)Q越高。S2.選擇基材以及人造微結(jié)構(gòu),組合成單元結(jié)構(gòu),測試所述單元結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)；超材料(metamaterial)作為一種材料設(shè)計理念以及研究前沿,越來越引起人們的關(guān)注，所謂超材料，是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料，通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通的超常材料功能。超材料由基材和設(shè)置上基材上的多個人造微結(jié)構(gòu)組成，可以提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。單個人為結(jié)構(gòu)大小一般小于1/10個波長，其對外加電場和/或磁場具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率，或者等效折射率和波阻抗。人為的結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率(或等效折射率和波阻抗)由單元幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計和控制。并且，人為結(jié)構(gòu)可以具有人為設(shè)計的各向異性的電磁參數(shù)，從而產(chǎn)生許多新奇的現(xiàn)象，為實現(xiàn)電磁波的影響提供了可能。在本發(fā)明的超材料中，基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。優(yōu)選地，選用FR4、F4B、聚四氟乙烯，這類材料電絕緣性非常好，因此不會對電磁波的電場產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，使用壽命長，作為人造微結(jié)構(gòu)附著的基材是很好的選擇。在本發(fā)明中，所述的人造微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在基材上的金屬線，金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上，優(yōu)選地，金屬線為銅線或銀線，一般情況下，金屬線呈三維雪花狀、“工”字型或“工”字型的衍生型，基材分成若干晶格，人造微結(jié)構(gòu)置于晶格中，人造微結(jié)構(gòu)與所占用的晶格組成一個單元結(jié)構(gòu)，整個單元結(jié)構(gòu)對電磁波進行調(diào)制，故應(yīng)作為整體測試對電磁波的影響。
S3.判斷所述的濾波頻率區(qū)段與所述的單元結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)能否濾波匹配，若否，則回到S2 ；本發(fā)明中，只要對電磁波有影響的人造微結(jié)構(gòu)均可以加以檢測，進行計算機仿真試驗，若與選定的頻率段比較后，所選定的頻率段的電磁波不能通過，而頻率外的電磁波可以通過，則進入下一步驟，否則回到S2步驟，繼續(xù)尋找合適的人造微結(jié)構(gòu)和基材，以便達成帶阻濾波的目的，這個過程利用計算機來完成，看似復(fù)雜，其實很快就會完成運算的。S31，確定單元結(jié)構(gòu)周期；當單元結(jié)構(gòu)與帶阻頻率匹配后，為了更好的帶阻濾波效果，通常采用周期性的單元結(jié)構(gòu)，這樣的排布，可以對電磁波帶阻得更完全，更徹底。S32，對帶阻濾波頻率區(qū)段外的電磁波根據(jù)所述電磁參數(shù)進行阻抗匹配；為了讓需要的電磁波信號能無損失地通過，應(yīng)對帶阻濾波器的輸入輸出部分進行設(shè)計，因為在電磁波從發(fā)射端傳播至接收端過程中，能量的損耗直接影響電磁信號傳播的距離以及傳輸信號的質(zhì)量。當電磁波經(jīng)過同一介質(zhì)時，基本沒有能量的損失；而當電磁波經(jīng)過不同介質(zhì)的分界面時，會發(fā)生部分反射現(xiàn)象。通常兩邊介質(zhì)的電磁參數(shù)(介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率)差距越大反射就會越大。由于部分電磁波的反射，沿傳播方向的電磁能量就會相應(yīng)損耗，嚴重影響電磁信號傳播的距離和傳輸信號的質(zhì)量。因此，我們應(yīng)對帶阻輸入部分及輸出部分單元進行阻抗設(shè)計，即元件的單元結(jié)構(gòu)的阻抗沿帶阻濾波器厚度方向呈連續(xù)變化，組成輸入部分單元結(jié)構(gòu)及輸出部分單元結(jié)構(gòu)的各單元格的阻抗分別與輸入部分單元結(jié)構(gòu)及輸出部分單元結(jié)構(gòu)各自相接觸的第一介質(zhì)或第二介質(zhì)對應(yīng)位置的阻抗相同。S4.仿真所述的帶阻濾波器；仿真的帶阻濾波器，可以圖像形式加以顯示后存貯，然后，以工藝的方式加以制造。請參閱圖2，本發(fā)明實施例二，一種帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)，包括濾波頻率輸入模塊10、電磁參數(shù)選擇模塊20、匹配判斷模塊30、周期選擇模塊40、阻抗匹配模塊50、帶阻濾波器仿真模塊60。濾波頻率輸入模塊10用于確定所需濾波頻率區(qū)段；電磁參數(shù)選擇模塊20與濾波頻率輸入模塊10相連，用于選擇基材以及人造微結(jié)構(gòu)，組合成單元結(jié)構(gòu)，測試所述單元結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)；匹配判斷模塊30與電磁參數(shù)選擇模塊20相連，用于判斷所述的濾波頻率區(qū)段與所述的單元結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)能否濾波匹配；帶阻濾波器仿真模塊60與匹配判斷模塊30相連，用于仿真所述的帶阻濾波器。優(yōu)選地，帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)還包括周期選擇模塊40，與匹配判斷模塊30相連，用于根據(jù)所述帶阻濾波頻率區(qū)段確定單元結(jié)構(gòu)周期；阻抗匹配模塊50，與周期選擇模塊40相連，用于對帶阻濾波頻率區(qū)段外的頻率根據(jù)所述電磁參數(shù)進行阻抗匹配。根據(jù)本發(fā)明的帶阻濾波器設(shè)計方法以及系統(tǒng)中，利用一種某一頻率區(qū)段電磁波在各個方向都能受禁的范圍設(shè)計和制造帶阻濾波器，從而讓傳統(tǒng)的帶阻濾波器更簡單、更小 型化。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，包括 51.確定所需濾波頻率區(qū)段； 52.選擇基材以及人造微結(jié)構(gòu),組合成單元結(jié)構(gòu),測試所述單元結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)； 53.判斷所述的濾波頻率區(qū)段與所述的單元結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)能否濾波匹配， 若否，則回到S2; 54.仿真所述的帶阻濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，所述的步驟S3后還包括步驟S31，用于根據(jù)所述帶阻濾波頻率區(qū)段確定單元結(jié)構(gòu)周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，所述的步驟S3后還包括步驟S32，對帶阻濾波頻率區(qū)段外的電磁波根據(jù)所述電磁參數(shù)進行阻抗匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，所述的電磁參數(shù)包括介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，所述的人造微結(jié)構(gòu)為具有圖案的附著在基材上的金屬線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶阻濾波器設(shè)計方法，其特征在于，所述金屬線呈三維雪花狀、“工”字型或“工”字型的衍生型。
8.—種帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，包括 濾波頻率輸入模塊用于確定所需濾波頻率區(qū)段； 電磁參數(shù)選擇模塊與所述的濾波頻率輸入模塊相連，用于選擇基材以及人造微結(jié)構(gòu)，組合成單元結(jié)構(gòu)，測試所述單元結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)； 匹配判斷模塊與所述的電磁參數(shù)選擇模塊相連，用于判斷所述的濾波頻率區(qū)段與所述的單元結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)能否濾波匹配； 帶阻濾波器仿真模塊與所述的匹配模塊相連，用于仿真所述的帶阻濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，所述帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)還包括周期選擇模塊，與所述的匹配判斷模塊相連，用于根據(jù)所述帶阻濾波頻率區(qū)段確定單元結(jié)構(gòu)周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，所述帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)還包括阻抗匹配模塊，與所述的周期選擇模塊相連，用于對帶阻濾波頻率區(qū)段外的電磁波根據(jù)所述電磁參數(shù)進行阻抗匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶阻濾波器設(shè)計方法，包括S1.確定所需濾波頻率區(qū)段；S2.選擇基材以及人造微結(jié)構(gòu)，組合成單元結(jié)構(gòu)，測試所述單元結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)；S3.判斷所述的濾波頻率區(qū)段與所述的單元結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)能否濾波匹配；S4.仿真所述的帶阻濾波器。本發(fā)明還公開了一種帶阻濾波器設(shè)計系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的帶阻濾波器設(shè)計的系統(tǒng)和方法，制造一種某一頻率區(qū)段電磁波在各個方向都能受禁的帶阻濾波器，從而比傳統(tǒng)的帶阻濾波器更簡單、更小型化。
文檔編號H01P11/00GK102800917SQ20111018106
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者劉若鵬, 岳玉濤, 季春霖, 唐明褆 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司