專利名稱：：一種超寬帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及ー種短截線加載的五模超寬帶微帶帶通濾波器，屬于毫米波與微波器件的設(shè)計領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：超寬帶技術(shù)在無線電通信、雷達(dá)、跟蹤、精確定位、成像、武器控制等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。“超寬帶(ultra-wideband-UWB)”的概念首先由美國軍方于1990年提出，其定義的特征是信號的相對帶寬大于25%的任何波形。自從2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FederalCommunicationsCommission-FCC)容許超寬帶技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，超寬帶技術(shù)開始受到廣泛關(guān)注。與其他無線技術(shù)相比，UWB技術(shù)兼有頻帶寬、功耗低、傳輸速度快、隱蔽性好、多徑分辨能力強(qiáng)、系統(tǒng)容量大、高精度的距離分辨カ等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的需要。近年來高性能、小型化已經(jīng)成為超寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢[2]。而濾波器作為其中必不可少的重要元件，其工作性能好壞直接影響到超寬帶無線通信系統(tǒng)的整體性能，其尺寸大小也直接影響到整個系統(tǒng)的體積和成本。因此,高性能、小型化的超寬帶濾波器的研究成為學(xué)者們的關(guān)注熱點(diǎn)。目前超寬帶濾波器的主要設(shè)計方法有高低通濾波器組合法，短路分支線法，多模諧振法。前兩種方法所設(shè)計的濾波器尺寸較大，不利于小型化。而采用多模諧振法無需多級級聯(lián)就可形成超寬帶，結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計簡便[3]。近年來，一系列新型的微帶雙模諧振結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)越的微帶雙模濾波器被學(xué)者們提出并加以研究[4_6]。然而，此類雙模諧振器產(chǎn)生的兩個諧振模式無法單獨(dú)調(diào)整。2005年，L.Zhu等人首次提出具有階梯阻抗單元的多模諧振器并應(yīng)用于超寬帶濾波器設(shè)計m，實(shí)現(xiàn)了一種相對帶寬達(dá)到110%的三模階梯阻抗超寬帶濾波器。之后很多其他結(jié)構(gòu)的多模超寬帶濾波器被提出[8_11]，但上述階梯阻抗多模諧振器的諧振模式很難被合理分布在所需頻帶內(nèi)，并且尺寸較大，因此需要進(jìn)ー步研究模式諧振模式易于調(diào)整的新型高性能、小型化多模微帶帶通濾波器。本實(shí)用新型通過在傳統(tǒng)的多模諧振器上加載短截線來實(shí)現(xiàn)ー種新型的五模超寬帶微帶帶通濾波器，實(shí)現(xiàn)了很好的帶內(nèi)外性能，并且具有結(jié)構(gòu)新穎、頻率選擇性能高、諧振模式易于調(diào)節(jié)、尺寸小、成本低的特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[I]葛利嘉，曾凡鑫，劉郁林等.超寬帶無線通信.北京國防エ業(yè)出版社，2006，1-9.[2]蔣新勝.超寬帶濾波器的小型化及可控性研究.華東師范大學(xué)，2008.[3]王司亮.通信中寬帶濾波器的研究.電子科技大學(xué)，2008.[4]BoonTiongTan,JongJenYu,SiouTeckChew,MooK-SengLeong,andBan-LeongOoi.“AMiniaturizedDual-ModeRingBandpassFilterwithaNewPerturbation,”IEEETrans.Micro.TheoryTech.,vol.53,no.I,pp.343-348，Jan.2005.[5]W.Kang,W.HongandJ.Y.Zhou.“PerformanceImprovementandSizeReductionofMicrostripDual-ModeBandpassFilter,，’ElectronicsLetters,vol.44，no.6，pp.240—241，Mar.2008.[6]JuanZhang,Guo-HuiLi,Zhi-BinWang,andHui-NaWang.“CompactDual-ModeMicrostripBandpassFilterwithAdjustableTransmissionZero,”MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,vol.51，no.9，pp.2049—2051，Sep.2009.[7]LZhujS.SunandW.Menzel.“Ultra-wideband(UffB)BandpassFiltersUsingMultiple-ModeResonator,”IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2005，15(11)，pp:796-798.[8]Jung-WooBaikjSang-MinHan,ChandongJeong，JichaiJeongandYoung-SikKim.“CompactUltra-WidebandBandpassFilterwithEBGStructure,”IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,vol.18，no.10，pp.671—673，Oct.2008.[9]RaviDuttGupta，MaheshP.Abegaonkar,AnanjanBasuandShibanK.Koul.“StudiesOnUltra-widebandFiltersUsingStub-LoadedCircularandTriangularResonators,”MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,vol.50，no.11，pp.2917-2922，Nov.2008.[10]SaiWaiWongandLeiZhu.“CompactWidebandBandpassFiltersUsingRhombus-Shapediriple-ModeResonator,”MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,vol.51，no.9，pp.2107-2109，Sep.2009.[II]Min-HangWengjChihng-TsungLiauh，Hung-WeiWujandSteveRamrezVargas.“AnUltra-WidebandBandpassFilterWithanEmbeddedOpen-CircuitedStubStructuretoImproveIn-BandPerformance,”IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,vol.19，no.3，pp.146—148，Mar.2009。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對
背景技術(shù)：
的不足，提供一種涉及毫米波與微波器件的小型化、性能優(yōu)的五模超寬帶微帶帶通濾波器，該濾波器具有頻率選擇性能高、尺寸小、易于集成等優(yōu)勢。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種超寬帶濾波器，包括第一金屬貼片、第二金屬貼片和介質(zhì)基片，所述兩個金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的上、下表面，所述第一金屬貼片包括五模階梯阻抗諧振器、輸入耦合饋線和輸出耦合饋線；其中，輸入耦合饋線、輸出耦合饋線分別與五模階梯阻抗諧振器耦合連接；所述五模階梯阻抗諧振器由一段兩端對折呈直角U形的低阻線、一段開路短截線和兩段短路短截線組成；其中，所述開路短截線加載在所述低阻線的中軸線位置上，所述兩段短路短截線對稱地加載在低阻線的對折處；[0022]在兩段短路短截線的末端分別設(shè)置有金屬化通孔，并且所述金屬化通孔孔徑大小與短路短截線的線寬一致；第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過所述金屬化通孔相連接。進(jìn)ー步的，本實(shí)用新型的超寬帶濾波器，輸入耦合饋線和輸出耦合饋線均采用交指型耦合線；所述輸入耦合饋線和輸出耦合饋線分別連接于所述直角U形低阻線的兩邊相対稱的位置。進(jìn)ー步的，本實(shí)用新型的超寬帶濾波器，開路短截線為階梯阻抗結(jié)構(gòu)，由一段低阻線加載在一段高阻線上構(gòu)成。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果I、頻率選擇性能高；在低阻線上加載的ー對短路短截線能夠在通帶的上、下截止頻率附近各產(chǎn)生ー個傳輸零點(diǎn)，從而獲得陡峭的裙邊帶，提高了濾波器的頻率選擇性。2、尺寸??；由于該濾波器所采用的是階梯阻抗諧振器，相對于均勻阻抗諧振器來說尺寸有很大的縮減，并且對該諧振器進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼郫B，因而所實(shí)現(xiàn)的濾波器具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的特點(diǎn)。3、諧振模式易于調(diào)節(jié)；由于該濾波器采用多模諧振法來設(shè)計，通帶內(nèi)的五個諧振模式都可以被該階梯阻抗諧振器的不同尺寸參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，因此可方便地將該五個模式均勻分布在超寬帶頻段內(nèi)，當(dāng)加以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)耦合即可構(gòu)成超寬帶通帯。4、成本低；由于該濾波器結(jié)構(gòu)僅由單層介質(zhì)板外加上、下兩層金屬敷層構(gòu)成，所以可采用目前非常成熟的單層印刷電路板(PCB)加工エ藝來生產(chǎn)，再加上其小型化的特點(diǎn)，使得整個板材尺寸更小，加工成本十分低廉。5、易于集成；由于該濾波器采用的是微帶結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕，因此易于與其他電路集成。圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)仰視圖。圖4是本實(shí)用新型的仿真和實(shí)測頻率響應(yīng)對比圖。圖5是本實(shí)用新型的仿真和實(shí)測群時延對比圖。圖中標(biāo)號說明1_第一金屬貼片；2_第二金屬貼片；3_介質(zhì)基片；4_五模階梯阻抗諧振器；5_輸入耦合饋線；6_輸出耦合饋線；7_低阻線；8_開路短截線；9、10-短路短截線；11、12_金屬化過孔。具體實(shí)施方案以下結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述如圖I所示，本實(shí)用新型的超寬帶濾波器的第一金屬貼片I包括五模階梯阻抗諧振器4、輸入耦合饋線5和輸出耦合饋線6。五模階梯阻抗諧振器4由一段低阻線7、一段開路短截線8和兩段短路短截線9、10組成，開路短截線8加載在低阻線7的中間位置，并且兩段短路短截線9、10對稱地加載在低阻線7的底線的兩邊。[0039]開路短截線8為階梯阻抗開路結(jié)構(gòu)，由一段低阻線連接在一段高阻線上構(gòu)成。在兩段短路短截線上分別設(shè)置有金屬化通孔11、12，并且通孔孔徑大小與短路線線寬一致。輸入耦合饋線5、輸出耦合饋線6采用交指型耦合線。如圖2所示，本實(shí)用新型的超寬帶濾波器的結(jié)構(gòu)包括第一金屬貼片I、第二金屬貼片2和介質(zhì)基片3，兩個金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的兩面。金屬貼片厚度為0.017mm,介質(zhì)基片這里米用RogersRT/duroid6010,厚度為0.508mm。如圖3所示，與第一金屬貼片相對應(yīng)，第二金屬貼片上面也設(shè)置兩個金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過金屬化通孔相連接。在工作時，信號通過輸入耦合饋線5端ロ對五模階梯阻抗諧振器4進(jìn)行饋電，最后由輸出耦合饋線6端ロ輸出。該諧振器可在超寬帶通帶范圍內(nèi)產(chǎn)生五個諧振模式，兩個偶模和三個奇模，調(diào)節(jié)開路短截線8的尺寸參數(shù)可以用來控制偶模的諧振頻率，而對奇模沒有任何影響。改變低阻線7、兩段短路短截線的尺寸對奇、偶模都能進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此該五個模式可以分別被諧振器的不同尺寸參數(shù)方便地調(diào)節(jié)，當(dāng)加以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)耦合，即增大交指耦合饋線的長度，就可構(gòu)成超寬帶通帯。加載的兩段短路短截線可以用來在通帶兩側(cè)產(chǎn)生兩個傳輸零點(diǎn)，來獲得陡峭的裙邊帶。如圖4所示，為仿真和實(shí)測的Sn、S21頻率響應(yīng)對比圖。所實(shí)現(xiàn)的超寬帶通帶3分貝通帶范圍為3.19-10.57GHz，相對帶寬達(dá)93.2%，通帶內(nèi)插入損耗小于-0.8分貝，回波損耗都在-13分貝以下。該濾波器共產(chǎn)生兩個傳輸零點(diǎn)，分別位于通帶上、下截止頻率附近，插入損耗低于-65分貝。上阻帶延伸到18.3GHz，差損低于-20分貝。仿真和實(shí)測結(jié)果吻合很好。如圖5所示,顯示在通帶內(nèi)仿真和實(shí)測的群時延,變化范圍在0.3ns到0.54ns之間，在通帶內(nèi)群時延變化平緩。權(quán)利要求1.一種超寬帶濾波器，包括第一金屬貼片(I)、第二金屬貼片(2)和介質(zhì)基片(3)，所述兩個金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的上、下表面，其特征在于所述第一金屬貼片(I)包括五模階梯阻抗諧振器(4)、輸入耦合饋線(5)和輸出耦合饋線(6);其中，輸入耦合饋線(5)、輸出耦合饋線(6)分別與五模階梯阻抗諧振器(4)連接；所述五模階梯阻抗諧振器由一段兩端對折呈直角U形的低阻線(7)、一段開路短截線(8)和兩段短路短截線組成；其中，所述開路短截線(8)加載在所述低阻線(7)的中軸線位置上，所述兩段短路短截線對稱地加載在低阻線(7)的對折處；在兩段短路短截線的末端分別設(shè)置有金屬化通孔，并且所述金屬化通孔孔徑大小與短路短截線的線寬一致；第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過所述金屬化通孔相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬帶濾波器，其特征在于輸入耦合饋線(5)和輸出耦合饋線(6)均采用交指型耦合線，所述輸入耦合饋線(5)和輸出耦合饋線(6)分別連接于所述直角U形低阻線(7)的兩邊相對稱的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬帶濾波器，其特征在于開路短截線(8)為階梯阻抗結(jié)構(gòu)，由一段低阻線加載在一段高阻線上構(gòu)成。專利摘要本實(shí)用新型提供一種超寬帶濾波器，包括第一金屬貼片(1)、第二金屬貼片(2)和介質(zhì)基片(3)，所述兩個金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的上、下表面，第一金屬貼片包括五模階梯阻抗諧振器(4)、輸入耦合饋線(5)和輸出耦合饋線(6)，五模階梯阻抗諧振器(4)由一段低阻線(7)、一段開路短截線(8)和兩段短路短截線構(gòu)成，在兩段短路短截線末端各設(shè)置金屬化通孔；第二金屬貼片上設(shè)有與第一金屬貼片相對應(yīng)的金屬化通孔，并通過金屬化通孔與第一金屬貼片相連接。本實(shí)用新型采用短截線加載的五模諧振器來實(shí)現(xiàn)一種新型的超寬帶微帶帶通濾波器，具有結(jié)構(gòu)新穎、頻率選擇性能高、諧振模式易于調(diào)節(jié)、尺寸小、成本低的特點(diǎn)。文檔編號H01P1/20GK202523821SQ201220070258公開日2012年11月7日申請日期2012年2月29日優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日發(fā)明者謝中山,趙永久,鄧宏偉,陳雯申請人:南京航空航天大學(xué)