CN101692512A - 基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，包括双面敷铜微带板的正面上的电路板和反面上的接地板，电路板包括两条平行的第一耦合微带线和第二耦合微带线，第一耦合微带线通过输入端传输线和输入端口相连接，第二耦合微带线通过输出端传输线与输出端口相连接；接地板包括第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构，其中，第一倒“S”型缺地陷结构位于电路板两条平行的第一、第二耦合微带线和的正下方的中心，第二倒“S”型缺地陷结构和第三倒“S”型缺地陷结构对称分布在第一倒“S”型缺地陷结构的两侧，并分别位于输出端传输线和输入端传输线的正下方的中心。是一种带宽可覆盖任意超宽带频段(3.1-10.6GHz段内)的DGS超宽带带通滤波器。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信领域的滤波器，特别是一种基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器。
背景技术
随着通信技术的迅速发展，人们对信息传输系统的要求越来越高。在此背景之下，超宽带技术以其系统简单、成本低、功耗小、数据传输速度快、安全性高等优点成为目前通信领域的一个研究热点。自从2002年FCC(美国联邦通信委员会)解禁了3.1-10.6GHz段的频谱，并使之能够应用于超宽带设备之后，更是在学术界和工业制造领域掀起了一股超宽带技术的研究热潮。而滤波器在整个射频超宽带电路系统中扮演着相当重要的角色。它的特性好坏对于系统的整体性能起着非常重要的作用。
现有的宽带带通滤波器主要包括平行耦合线滤波器，交指型滤波器，梳状线滤波器，以及开路或者短路枝节滤波器等，但是他们达到带宽的程度是有限的，一般相对带宽不超过50％。且传统的设计方法由于耦合线的奇偶模阻抗之比过大，用任何一种介质材料均难以实现。
由于地面缺陷型接地结构(Defected Ground Structure，DGS)能够造成频带特殊的带阻(bandstop)或带通(bandpass)的特性，因此人们也开始思考将其引入到超宽带设计中。而传统的缺地陷结构一般为“哑铃”型、或者“矩形”，这种结构的特点是能够引入传输零点，但是其插损相对较大，选择性较差。而且目前基于DGS的超宽带滤波器不是设计复杂，就是损耗较大，结构不具有通用性，很难方便地设计任意频段的超宽带滤波器。
经过申请人进行查阅现有文献发现，中国专利申请“超宽带微带滤波器”(申请号：200610117045.2)采用高通和低通滤波器相结合实现滤波器的超宽带特性，该发明中采用了7个哑铃型的DGS结构和缝隙单元，其结构复杂，调试参数多，设计起来很困难；再加上“哑铃”型DGS插损相对较大，选择性较差，因此此种滤波器带内最大插损达到-1.5dB，带外抑制只能达到-20dB以下。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，其结构简单，带宽可覆盖任意超宽带频段(3.1-10.6GHz段内)，并能有效地抑制带外的信号，使衰减能够达到35dB以上。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，包括设置在双面敷铜微带板的正面上的电路板和反面上的接地板，其特征在于：
所述的电路板包括两条平行的第一耦合微带线和第二耦合微带线，第一耦合微带线通过输入端传输线和输入端口相连接，第二耦合微带线通过输出端传输线与输出端口相连接；
所述的接地板包括第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构，所述的第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构是在接地板上面刻蚀去相应的倒“S”形状所形成的空气单元；其中，第一倒“S”型缺地陷结构位于电路板两条平行的第一、第二耦合微带线的正下方的中心，第二倒“S”型缺地陷结构和第三倒“S”型缺地陷结构对称分布在第一倒“S”型缺地陷结构的两侧，并分别位于输出端传输线3和输入端传输线的正下方的中心。
本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，实现了滤波器的超宽带性能，同时保证滤波器带外的高选择性。是一种带宽可覆盖任意超宽带频段(3.1-10.6GHz段内)的DGS超宽带带通滤波器。
附图说明
图1为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器总体结构示意图；
图2为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器正面电路板结构示意图；
图3为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器背面接地板结构示意图；
图4为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器中间部分结构示意图；
图5为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器中间部分结构的等效电路图；
图6为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器中间部分结构的频率特性示意图；
图7为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器正面电路板两侧部分结构示意图；
图8为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器两侧部分结构的等效电路图；
图9为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器两侧部分结构的频率特性示意图；
图10为两种结构的传输响应比较图；
图11为本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器实测的频率特性示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见附图，本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，包括设置在双面敷铜微带板的正面上的电路板11和反面上的接地板10；
电路板11包括两条平行的第一耦合微带线1和第二耦合微带线2，第一耦合微带线1通过输入端传输线4和输入端口9相连接，第二耦合微带线2通过输出端传输线3与输出端口8相连接；
所述的接地板10包括第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)，上述第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)是在接地板10上面刻蚀去相应的倒“S”形状所形成的空气单元；其中，第一倒“S”型缺地陷结构(5)位于电路板11两条平行的第一、第二耦合微带线(1、2)的正下方的中心，第二倒“S”型缺地陷结构6和第三倒“S”型缺地陷结构7对称分布在第一倒“S”型缺地陷结构5的两侧，并分别位于输出端传输线3和输入端传输线4的正下方的中心。
第一倒“S”型缺地陷结构5的倒“S”形状面积的大小用于决定超宽带带通滤波器的中心频率；第二倒“S”型缺地陷结构6和第三倒“S”型缺地陷结构7的倒“S”形状大小影响超宽带带通滤波器的带外选择性。
所述的第一耦合微带线1和第二耦合微带线2是均匀传输线，或者是锯齿型或其它弯折形型线。第一耦合微带线1和第二耦合微带线2的长度和宽度用于决定超宽带带通滤波器的高端截止频率；
输出端传输线3和输入端传输线4的宽度能够影响超宽带带通滤波器的带内和带外选择性。
输出端传输线3和输入端传输线4是均匀传输线。
所述的反面部分的倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)是在接地板10的接地面上刻蚀出的。
由此可见，由于本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器的带宽由第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)的面积和平行的第一、第二耦合微带线(1、2)以及连接输入端口9和输出端口8的输出端传输线3和输入端传输线4决定，因此可以根据需要，设计任意带宽的超宽带滤波器。
如图4、5、6所示，超宽带带通滤波器中间部分结构具有超宽带特性。本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器中间部分结构的等效电路图如图5所示，包括电感L1、L2和L3，电容C1、Ca和C3，其中L1和C1串联构成一支路，C3和L3并联构成一支路，L2和Ca分别在两端。图6给出了本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器中间部分结构的电路仿真结果和ANSOFT HFSS实物建模仿真结果，二者吻合的很好。
如图7、8、9所示，超宽带带通滤波器两侧部分结构具有低通特性。其中，本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器两侧部分结构的等效电路图，包括电感L1、L2，电容C1、C2，其中L1和C1串联构成一支路，C2构成一支路，L2分别在两端。图9给出了本发明的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器两侧部分结构的电路仿真结果和ANSOFT HFSS实物建模仿真结果，二者吻合的很好。
如图10所示，相比与哑铃型结构，倒“S”型带内相应十分平坦，带外衰减很快。
通过实际制作与测试，得到的传输参数如图11，带宽可以达到3.3-10GHz，最大插损为0.8dB，通带回波损耗最大值为-10dB，其带外衰减在-35dB以下。
本发明中的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，可以是倒“S”型以外的其它异型结构，如“E”型，“凹”型等。
本发明中的平行耦合线也可以变更为锯齿型或其它弯折形结构。
本发明中的输出端传输线3和输入端传输线4也可以是阶梯变换的不均匀形式的传输线。
以上的实施例，仅为本发明的一个优选实施例，用于进一步说明本发明，并不能以该实施例限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属于本发明专利覆盖的范围。
Claims (6)
1.一种基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，包括设置在双面敷铜微带板的正面上的电路板(11)和反面上的接地板(10)，其特征在于：
所述的电路板(11)包括两条平行的第一耦合微带线(1)和第二耦合微带线(2)，第一耦合微带线(1)通过输入端传输线(4)和输入端口(9)相连接，第二耦合微带线(2)通过输出端传输线(3)与输出端口(8)相连接；
所述的接地板(10)包括第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)，所述的第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)是在接地板(10)上面刻蚀去相应的倒“S”形状所形成的空气单元；其中，第一倒“S”型缺地陷结构(5)位于电路板(11)两条平行的第一、第二耦合微带线(1、2)的正下方的中心，第二倒“S”型缺地陷结构(6)和第三倒“S”型缺地陷结构(7)对称分布在第一倒“S”型缺地陷结构(5)的两侧，并分别位于输出端传输线(3)和输入端传输线(4)的正下方的中心。
2.如权利要求1所述的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，其特征在于，所述的第一倒“S”型缺地陷结构(5)的倒“S”形状面积的大小用于决定超宽带带通滤波器的中心频率；第二倒“S”型缺地陷结构(6)和第三倒“S”型缺地陷结构(7)的倒“S”形状大小影响超宽带带通滤波器的带外选择性。
3.如权利要求1所述的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，其特征在于，所述的第一、第二和第三倒“S”型缺地陷结构(5、6、7)是“E”型或“凹”型或其它异型结构。
4.如权利要求1所述的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，其特征在于，所述的第一耦合微带线(1)和第二耦合微带线(2)是均匀传输线，或者是锯齿型或其它弯折形型线。
5.如权利要求1所述的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，其特征在于，所述的第一耦合微带线(1)和第二耦合微带线(2)的长度和宽度用于决定超宽带带通滤波器的高端截止频率；所述的输出端传输线(3)和输入端传输线(4)的宽度能够影响超宽带带通滤波器的带内和带外选择性。
6.如权利要求1所述的基于地面缺陷型接地结构的超宽带带通滤波器，其特征在于，所述的输出端传输线(3)和输入端传输线(4)是均匀传输线或者是阶梯变换的不均匀形式的传输线。
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