CN110729537A - 一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器，通过在酰亚胺薄膜基板设置10个级联非对称Pi型缺陷接地结构，等效于一个满足低通滤波功能的电感电容(LC)谐振滤波电路，能够获得比传统滤波器更锋利的过渡带。并且，该柔性低通滤波器为100mm×2.6mm×0.254mm的结构紧凑的柔性低通滤波器，具有良好的传输和滤波功能，有望在无线终端中取代传统的IPEX射频同轴电缆和LTCC滤波器。该柔性低通滤波器在2.2GHz下插入损耗小于1.9dB，在2.7GHz到12GHz之间插入损耗更低，抑制率大于50dB，与现有的滤波器相比，该基于Pi型结构的柔性低通滤波器具有更宽的阻带和更尖锐的过渡带。

Description

一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器

技术领域

本发明涉及移动终端射频连接技术领域，更具体地说，涉及一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器。

背景技术

柔性微带滤波器是利用柔性印制电路板技术制作的一种滤波器，用于对特定频段的信号进行处理，相比较传统的波导滤波器、低温共烧陶瓷滤波器和硬质PCB微带滤波器便宜很多，且结构更加紧凑，重量更轻。

随着可穿戴设备、智能电子设备和便携式无线终端等柔性和紧凑型电子设备需求的不断增长，其发展速度也越来越快，其具有柔性、超博、超轻、成本低、吸水率低、外观良好和电磁兼容性能好等优点，有望成为无线通信设备的关键部件。

在以往的研究中，柔性微带滤波器一直是在高频带通应用中受到关注，主要研究方向如下：其一，具有一个平行耦合半波长谐振器的滤波器，以实现宽带60GHz的带通滤波器；其二，研究了超薄LCP基片上柔性X波段带通滤波器的性能；其三，在LCP基片上设计两个四极准椭圆X波段带通滤波器，带堆叠开环谐振器；其四，基于50μm厚的LCP基板的0°馈送结构，设计一种运行在5.15GHz-5.875GHz的紧凑型柔性带通滤波器；其五，在LCP基板上产出10GHz阶梯阻抗低通滤波器和9.5GHz带通滤波器。

但是，在目前为止，柔性微带滤波器的研究主要集中在K波段或X波段，对低端频段的柔性微带低通滤波器的应用极少，并且，其结构尺寸也无法满足现有的需求。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器，技术方案如下：

一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器，通过Pi型缺陷接地结构实现低通滤波功能，所述柔性低通滤波器包括：

柔性基板；

设置在所述柔性基板上表面的微带传输线，所述微带传输线的中间区域具有蚀刻的缝隙；

设置在所述柔性基板下表面的n个级联的Pi型缺陷接地结构；

其中，所述Pi型缺陷接地结构为非对称性Pi型缺陷接地结构。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述Pi型缺陷接地结构的级联数量为10个。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述柔性基板为酰亚胺薄膜基板或液晶聚合物薄膜基板。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述插槽的宽度为0.1mm。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述微带传输线的长度为100mm。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述柔性低通滤波器的长为100mm，宽为2.6mm，高为0.254mm。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构的厚度均为18μm。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述柔性低通滤波器还包括：

覆盖所述柔性基板上表面和下表面的绝缘层；

所述绝缘层用于保护所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构。

优选的，在上述柔性低通滤波器中，所述绝缘层的厚度为25μm。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供的一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器，通过多个级联的非对称性Pi型缺陷接地结构，并控制其尺寸，使柔性低通滤波器具有很薄的特性，具有良好的传输和滤波功能，通过实验测量结果，在2.2GHz下插入损耗小于1.9dB，在2.7GHz到12GHz之间插入损耗更低，抑制率大于50dB，与现有的滤波器相比，该基于Pi型结构的柔性低通滤波器具有更宽的阻带和更尖锐的过渡带。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器上表面的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器下表面的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种单个Pi型缺陷接地结构谐振器上表面的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种单个Pi型缺陷接地结构谐振器下表面的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种单个非对称Pi型缺陷接地结构谐振腔的等效电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统微带滤波器的大部分技术可以直接用于设计柔性微带滤波器，基于阶梯阻抗谐振器，微带滤波器只能实现巴特沃斯特性或切比雪夫特性的平缓过渡带(TB)响应和窄阻带(SB)。

为了获得锐化的tb特性，需要更多的阶梯阻抗谐振单元，从而增加通带(pb)中的插入损耗和滤波器的几何尺寸。

为了提高微带滤波器的频率响应性能，在微带滤波器设计中广泛采用了哑铃、圆、三角形和矩形等对称几何结构的缺陷接地结构(DGS)谐振器。

近年来，非对称结构等DGS谐振器的改进在滤波器设计中引起了广泛的关注，以获得更好的性能。并且，提出了具有几个光子带隙(PBG)结构周期单元的微带滤波器。

因此，本申请将周期缺陷接地结构DGS谐振器用于柔性微带滤波器设计中，以获得更好的性能，例如减小尺寸，锐化Tb，加宽Sb等。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器上表面的结构示意图。参考图2，图2为本发明实施例提供的一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器下表面的结构示意图。

所述柔性低通滤波器通过Pi型缺陷接地结构实现低通滤波功能，包括：

柔性基板11；

设置在所述柔性基板11上表面的微带传输线12，所述微带传输线12的中间区域具有蚀刻的缝隙；

设置在所述柔性基板11下表面的n个级联的Pi型缺陷接地结构13；

其中，所述Pi型缺陷接地结构13为非对称性Pi型缺陷接地结构。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述Pi型缺陷接地结构13的级联数量为10个。

需要说明的是，通过级数的增加能够增大带外抑制效果，在本发明实施例中，所述Pi型缺陷接地结构13的级联数量优选为10个。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述柔性基板11为酰亚胺薄膜基板或液晶聚合物薄膜基板。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述柔性低通滤波器的长为100mm，宽为2.6mm，高为0.254mm。

在上述实施例中，本申请通过在酰亚胺薄膜基板上成功设计、模拟、制作和测量了具有10个级联非对称Pi型缺陷接地结构，并利用电磁模拟软件对其进行了优化，等效于一个满足低通滤波功能的电感电容(LC)谐振滤波电路，能够获得比传统滤波器更锋利的过渡带。

并且，该柔性低通滤波器为100mm×2.6mm×0.254mm的结构紧凑的柔性低通滤波器，具有良好的传输和滤波功能，有望在无线终端中取代传统的IPEX射频同轴电缆和LTCC滤波器。

其中，该柔性低通滤波器在2.2GHz下插入损耗小于1.9dB，在2.7GHz到12GHz之间插入损耗更低，抑制率大于50dB，与现有的滤波器相比，该基于Pi型结构的柔性低通滤波器具有更宽的阻带和更尖锐的过渡带。

需要说明的是，在本申请中，采用酰亚胺薄膜基板或液晶聚合物薄膜基板，用于射频、微波或毫米级应用，因为它们结合了优异的电性能和良好的加工性能。柔性介质基片的材料是均匀的，因此柔性基片的介电性能非常均匀。对于不同的材料公式，聚酰亚胺薄膜的相对介电常数可以在2.2到3.8之间，介电损耗正切值可以低于0.008。工业化液晶高分子薄膜的相对介电常数为3.3，介电损耗正切值小于0.005。另外，柔性介质基片材料的吸水率很低(23℃，50％相对湿度时<0.04％)，因此在潮湿条件下尺寸和介电性能变化不大。基于这些性能，可以很容易地用柔性介质基板设计和制作不同类型的微带线，以验证其在微波器件应用中的适用性。

需要说明的是，图1和图2中，双斜杠之后的结构表示多个级联的Pi型缺陷接地结构13。

进一步的，基于本发明上述实施例，如图1所示，所述微带传输线12的长度为Lsub＝100mm。

进一步的，基于本发明上述实施例，如图1所示，所述基板11的宽度为Wsub＝2.6mm。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种单个Pi型缺陷接地结构谐振器上表面的结构示意图。

如图3所示，所述缝隙的宽度为Wslot＝0.1mm。

可选的，所述微带传输线12两端没有缝隙部分的长度均为L0＝1mm。

进一步的，基于本发明上述实施例，如图3所示，所述微带传输线12的宽度为Wtran＝0.46mm。

基于上述实施例，设置上述尺寸的微带传输线，可实现50Ω的特性阻抗。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图4，图4为本发明实施例提供的一种单个Pi型缺陷接地结构谐振器下表面的结构示意图。

结合图3和图4所示，设置预设尺寸的Pi型缺陷接地结构，通过10个相同Pi型缺陷接地结构的级联，实现柔性低通滤波器。

其中，图3和图4中的参数为：Lr＝10.7mm，L1＝9.3mm，L2＝0.7mm，L3＝3.9mm，L4＝0.3mm，L5＝1.5mm，W1＝0.4mm，W2＝1mm，W3＝0.4mm，W4＝0.35mm，W5＝0.45mm。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构的厚度均为18μm。

在该实施例中，所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构的金属层由18μm厚的铜构成。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述柔性低通滤波器还包括：

覆盖所述柔性基板上表面和下表面的绝缘层；

所述绝缘层用于保护所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构。

可选的所述绝缘层的厚度为25μm。

在该实施例中，为了保护铜层，均设置25μm厚的PI膜绝缘层覆盖，其中，εr＝3.6，损耗tanδ＝0.03。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图5，图5为本发明实施例提供的一种单个非对称Pi型缺陷接地结构谐振腔的等效电路图。

单个非对称Pi型DGS谐振器可以等效于谐振式LC谐振电路，它满足具有尖锐的过渡带Tb、宽阻带Sb的低通滤波器LPF功能。

通过结构分析、电流分析和S参数曲线拟合，可以实现等效电路。非对称Pi型缺陷地结构DGS边缘的电流可以通过电容和电感来等效。

通过调整所提出的非对称Pi型缺陷地结构DGS的几何参数，柔性低通滤波器LPF可以实现不同的电感、电容、通带和阻带。

为了取代IPEX射频同轴电缆，谐振器的结构必须尽可能窄，另一方面，其长度可以长得多。

基于等效电路模型和仿真优化，实现了柔性低通滤波器LPF的非对称Pi型缺陷地结构DGS谐振器结构，如图1所示。对于10个级联谐振器，等效电路也级联为单个谐振器的等效电路。

以上对本发明所提供的一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于Pi型结构的柔性低通滤波器，其特征在于，通过Pi型缺陷接地结构实现低通滤波功能，所述柔性低通滤波器包括：

柔性基板；

设置在所述柔性基板上表面的微带传输线，所述微带传输线的中间区域具有蚀刻的缝隙；

设置在所述柔性基板下表面的n个级联的Pi型缺陷接地结构；

其中，所述Pi型缺陷接地结构为非对称性Pi型缺陷接地结构。

2.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述Pi型缺陷接地结构的级联数量为10个。

3.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述柔性基板为酰亚胺薄膜基板或液晶聚合物薄膜基板。

4.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述插槽的宽度为0.1mm。

5.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述微带传输线的长度为100mm。

6.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述柔性低通滤波器的长为100mm，宽为2.6mm，高为0.254mm。

7.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构的厚度均为18μm。

8.根据权利要求1所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述柔性低通滤波器还包括：

覆盖所述柔性基板上表面和下表面的绝缘层；

所述绝缘层用于保护所述微带传输线和所述Pi型缺陷接地结构。

9.根据权利要求8所述的柔性低通滤波器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为25μm。

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