CN204205005U - 一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，该滤波器包括介质板、正面部分、反面部分、导带、接地板、输入端口和输出端口，导带横向设置在介质板的正面，导带的两端分别与输入端口和输出端口相连接，接地板设置在介质板反面；正面部分包括设置在介质板上方的第一互补型矩形开口缺陷微带结构、第二互补型矩形开口缺陷微带结构、第三互补型矩形开口缺陷微带结构和第四互补型矩形开口缺陷微带结构，每个互补型矩形开口缺陷微带结构由两个开口方向相反的内侧环型缝隙和外侧环型缝隙构成，内侧环型缝隙和外侧环型缝隙同心均由导带蚀刻形成。本实用新型减少了整个器件的面积，并通过合理地调整缺陷结构的工作频点可获得宽的阻带。
Description
技术领域
本实用新型属于微波通信技术领域，尤其涉及一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，可用于抑制无线通信系统中的谐波和杂波干扰信号。
背景技术
低通滤波器经常被用于抑制无线通信系统中的谐波和寄生干扰信号。在许多微波应用中，对紧凑尺寸和宽阻带的低通滤波器有着迫切的需求。小型化是电子设备的重要要求，特别是针对手持式无线设备，当利用单片集成电路将放大器、混频器和调制器等集成到一块芯片上达到电路体积的缩减后，就需要实现滤波器的尺寸减小。宽阻带可以在大的频率范围内抑制干扰信号，如果采用多个级联器件来达到相同的干扰信号抑制，会造成设备尺寸的增加和成本的上升。
缺陷地结构(Defected Ground Structure, DGS)是在平面传输线的接地板上蚀刻出一定形状的缺陷图案，其最大的优势是具有显著的阻带和慢波效应特性，这是由于接地板上的缺陷干扰了电流分布，导致了传输线等效电感和电容的变化。由于每个DGS单元可以产生一个传输零点，通过级联不同长度的多个DGS单元即可实现宽的阻带。DGS的形状在很大程度上决定着器件的频率响应，为此，人们相继开发了多种形状的DGS单元，如互补型开口环、分形结构等。为了获得好的阻带性能，往往需要级联很多个结构单元，随之会造成物理尺寸的增加和通带性能的恶化。
作为缺陷地结构的延伸，近几年发展的缺陷微带结构(Defected Microstrip Structure, DMS)是在微带导带上蚀刻出均匀或者非均匀狭缝，同样具有显著的阻带和慢波效应，并且具有更少的电磁干扰地面噪声，可以为高性能器件的实现提供新的自由度。利用双平面的缺陷结构布局将为器件尺寸的缩减提供一个很好的手段。经过对现有技术的文献检索发现，利用双平面缺陷实现高性能小型化器件的报道较少。例如，2012年3月Zhu Haoran等人在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，11卷发表了" Miniaturized Tapered EBG Structure with Wide Stopband and Flat Passband（具有宽阻带和平坦通带的小型化渐变EBG结构）"，该论文提出了利用双平面渐变的EBG结构来实现宽阻带和平坦的通带，并且引入了额外的脊线和开路枝节来进一步增加阻带带宽，但是具有更宽阻带带宽和更紧凑尺寸的低通滤波器仍需要进一步研究。
发明内容
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基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，以解决现有的低通滤波器尺寸较大和阻带较窄等问题。
一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，该滤波器包括介质板、正面部分、反面部分、导带、接地板、输入端口和输出端口，所述的导带横向设置在介质板的正面，导带的两端分别与所述的输入端口和输出端口相连接，所述的接地板设置在介质板反面；所述的正面部分包括设置在介质板上方的第一互补型矩形开口缺陷微带结构、第二互补型矩形开口缺陷微带结构、第三互补型矩形开口缺陷微带结构和第四互补型矩形开口缺陷微带结构，四个互补型矩形开口缺陷微带结构在导带的横向上依次设置，每个互补型矩形开口缺陷微带结构由两个开口方向相反的内侧环型缝隙和外侧环型缝隙构成，内侧环型缝隙和外侧环型缝隙同心均由导带蚀刻形成；所述的反面部分包括第一四U型缺陷地结构、第二四U型缺陷地结构、第三四U型缺陷地结构和第四四U型缺陷地结构，四个四U型缺陷地结构在接地板横向上依次设置，每个四U型缺陷地结构由四个U型缝隙嵌合在一起构成，四个U型缝隙均由接地板蚀刻形成，四个U型缝隙的终端对齐。
作为优选，所述的第一互补型矩形开口缺陷微带结构、第二互补型矩形开口缺陷微带结构、第三互补型矩形开口缺陷微带结构和第四互补型矩形开口缺陷微带结构除环型缝隙的长度不相等以外，其它尺寸均相同。
作为最优选，所述的内侧环型缝隙和外侧环型缝隙的宽度分别为2.4mm 和3.6mm，开口的长度为0.6mm，内外侧环型缝隙的间距是0.3mm。
作为最优选，所述的外侧环型缝隙的长度分别为16.0mm、14.6mm、13.3mm和12.1mm，第一互补型矩形开口缺陷微带结构、第二互补型矩形开口缺陷微带结构、第三互补型矩形开口缺陷微带结构和第四互补型矩形开口缺陷微带结构之间的间距均为3.5mm。
作为优选，所述的第一四U型缺陷地结构、第二四U型缺陷地结构、第三四U型缺陷地结构和第四四U型缺陷地结构的U型缝隙的宽度相同，从外侧到内侧每个U型缝隙的横向长度和纵向长度不同。
作为最优选，所述的第一四U型缺陷地结构、第二四U型缺陷地结构、第三四U型缺陷地结构和第四四U型缺陷地结构的U型缝隙的宽度为0.3mm。
作为最优选，从外侧到内侧：第一四U型缺陷地结构每个U型缝隙的纵向长度依次为12.8mm、10.6mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为12.1mm、10.7mm、7.6mm和5.9mm；第二四U型缺陷地结构每个U型缝隙的纵向长度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为11.6mm、9.8mm、6.8mm和5.5mm；第三四U型缺陷地结构每个U型缝隙的宽度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为10.6mm、8.6mm、6.0mm和5.1mm；第四四U型缺陷地结构的纵向长度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为10.3mm、7.0mm、5.5mm和4.8mm。
作为优选，所述的第一四U型缺陷地结构、第二四U型缺陷地结构、第三四U型缺陷地结构和第四四U型缺陷地结构各自之间的间距不同。
作为最优选，所述的第一四U型缺陷地结构、第二四U型缺陷地结构、第三四U型缺陷地结构和第四四U型缺陷地结构各自之间的间距依次为7.4mm、6.5mm和6.2mm。
作为优选，所述的输入端口和输出端口分别设置在介质板两端的侧面。
本实用新型所述的基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其第一、第二、第三和第四传输零点由四个互补型矩形开口缺陷微带结构产生以保证通带到阻带的陡峭过渡和通带内的低损耗，并且每个四U型缺陷地结构可以提供四个独立调节的基本谐振点。同时本实用新型通过利用四U型缺陷地结构产生的传输零点来实现宽的阻带，并通过利用双平面的布局和缺陷结构的慢波效应以满足器件小型化的需求。
本实用新型提出的小型化宽阻带低通滤波器，充分利用了微带导带和接接地板的空间，通过采用双平面的布局可极大地减少整个器件的面积，并且通过合理地调整缺陷结构的工作频点可获得宽的阻带。同时，该滤波器的前八个传输零点可以独立控制，从而极大了缩减器件设计过程中仿真优化所需的时间。
附图说明
图1是本实用新型基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器的总体结构示意图。
图2是本实用新型基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器的正面结构示意图。
图3是本实用新型基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器的反面结构示意图。
图4是本实用新型基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器仿真的频率响应结果。
具体实施方式
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。
如图1所示的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，该滤波器包括介质板1、正面部分2、反面部分3、导带4、接地板16、输入端口5和输出端口6，所述的导带4横向设置在介质板1的正面，导带4的两端分别与所述的输入端口5和输出端口6相连接，所述的接地板16设置在介质板1反面；所述的输入端口5和输出端口6分别设置在介质板1两端的侧面。上述的介质板1介电常数为2.55，厚度为1.5 mm，导带4的宽度为4.5 mm以获得50 Ω的特性阻抗。
如图2所示，所述的正面部分2包括设置在介质板1上方的第一互补型矩形开口缺陷微带结构7、第二互补型矩形开口缺陷微带结构8、第三互补型矩形开口缺陷微带结构9和第四互补型矩形开口缺陷微带结构10，四个互补型矩形开口缺陷微带结构在导带4的横向上依次设置，每个互补型矩形开口缺陷微带结构由两个开口方向相反的内侧环型缝隙22和外侧环型缝隙21构成，内侧环型缝隙22和外侧环型缝隙21同心均由导带4蚀刻形成。所述的第一互补型矩形开口缺陷微带结构7、第二互补型矩形开口缺陷微带结构8、第三互补型矩形开口缺陷微带结构9和第四互补型矩形开口缺陷微带结构10除环型缝隙的长度不相等以外，其它尺寸均相同。每个互补型矩形开口缺陷微带结构的内侧环型缝隙22和外侧环型缝隙21的宽度分别为2.4mm 和3.6mm，开口23的长度为0.6mm，内外侧环型缝隙21的间距是0.3mm；四个外侧环型缝隙21的长度分别为16.0mm、14.6mm、13.3mm和12.1mm。第一互补型矩形开口缺陷微带结构7、第二互补型矩形开口缺陷微带结构8、第三互补型矩形开口缺陷微带结构9和第四互补型矩形开口缺陷微带结构10之间的间距均为3.5mm。
如图3所示，所述的反面部分3包括第一四U型缺陷地结构11、第二四U型缺陷地结构12、第三四U型缺陷地结构13和第四四U型缺陷地结构14，四个四U型缺陷地结构在接地板16横向上依次设置，每个四U型缺陷地结构由四个U型缝隙15嵌合在一起构成，四个U型缝隙15均由接地板16蚀刻形成，四个U型缝隙15的终端对齐。所述的第一四U型缺陷地结构11、第二四U型缺陷地结构12、第三四U型缺陷地结构13和第四四U型缺陷地结构14的U型缝隙15的宽度相同，从外侧到内侧每个U型缝隙15的横向长度和纵向长度不同。四个U型缺陷地结构的U型缝隙15的宽度均为0.3mm。从外侧到内侧：第一四U型缺陷地结构11每个U型缝隙15的纵向长度依次为12.8mm、10.6mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为12.1mm、10.7mm、7.6mm和5.9mm；第二四U型缺陷地结构12每个U型缝隙15的纵向长度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为11.6mm、9.8mm、6.8mm和5.5mm；第三四U型缺陷地结构13每个U型缝隙15的宽度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为10.6mm、8.6mm、6.0mm和5.1mm；第四四U型缺陷地结构14的纵向长度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为10.3mm、7.0mm、5.5mm和4.8mm。另外，第一四U型缺陷地结构11、第二四U型缺陷地结构12、第三四U型缺陷地结构13和第四四U型缺陷地结构14各自之间的间距依次为7.4mm、6.5mm和6.2mm。
本实用新型该实施例的频率响应仿真结果如图4所示，其中横坐标代表频率分量，单位为GHz，纵坐标代表传输系数幅度变量，单位为dB。从左侧的传输系数结果细节图可以看出，前四个传输零点分别位于2.31GHz、2.59GHz、2.79GHz和2.98GHz，与单个互补型矩形开口缺陷微带结构[4,5,6,7] 的工作频率基本相等。从右侧的宽频段仿真结果可以得到，20dB衰减带宽为2.24GHz到超过20GHz，3dB截止频点为2.03GHz，可见20dB衰减带宽约为3dB截止频点的9倍。缺陷结构实际的占用面积仅为70.0mm*12.8mm。
虽然在上述实施例的基础上对本实用新型进行了说明，但是本实用新型并不局限于此，具有相关领域背景知识的人可以在此基础上进行多种变形，比如采用其它类似的缺陷地结构单元来获得宽的阻带。因此，这些变形以及其它符合本实用新型的思想或者采用了本实用新型的技术方案，都应属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，该滤波器包括介质板（1）、正面部分（2）、反面部分（3）、导带（4）、接地板（16）、输入端口（5）和输出端口（6），所述的导带（4）横向设置在介质板（1）的正面，导带（4）的两端分别与所述的输入端口（5）和输出端口（6）相连接，所述的接地板（16）设置在介质板（1）的反面；其特征在于：所述的正面部分（2）包括设置在介质板（1）上方的第一互补型矩形开口缺陷微带结构（7）、第二互补型矩形开口缺陷微带结构（8）、第三互补型矩形开口缺陷微带结构（9）和第四互补型矩形开口缺陷微带结构（10），四个互补型矩形开口缺陷微带结构在导带（4）的横向上依次设置，每个互补型矩形开口缺陷微带结构由两个开口方向相反的内侧环型缝隙（22）和外侧环型缝隙（21）构成，内侧环型缝隙（22）和外侧环型缝隙（21）同心均由导带（4）蚀刻形成；所述的反面部分（3）包括第一四U型缺陷地结构（11）、第二四U型缺陷地结构（12）、第三四U型缺陷地结构（13）和第四四U型缺陷地结构（14），四个四U型缺陷地结构在接地板（16）横向上依次设置，每个四U型缺陷地结构由四个U型缝隙（15）嵌合在一起构成，四个U型缝隙（15）均由接地板（16）蚀刻形成，四个U型缝隙（15）的终端对齐。
2.根据权利要求1所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：第一互补型矩形开口缺陷微带结构（7）、第二互补型矩形开口缺陷微带结构（8）、第三互补型矩形开口缺陷微带结构（9）和第四互补型矩形开口缺陷微带结构（10）除环型缝隙的长度不相等以外，其它尺寸均相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：内侧环型缝隙（22）和外侧环型缝隙（21）的宽度分别为2.4mm 和3.6mm，开口（23）的长度为0.6mm，内外侧环型缝隙（21）的间距是0.3mm。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：外侧环型缝隙（21）的长度分别为16.0mm、14.6mm、13.3mm和12.1mm，第一互补型矩形开口缺陷微带结构（7）、第二互补型矩形开口缺陷微带结构（8）、第三互补型矩形开口缺陷微带结构（9）和第四互补型矩形开口缺陷微带结构（10）之间的间距均为3.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：第一四U型缺陷地结构（11）、第二四U型缺陷地结构（12）、第三四U型缺陷地结构（13）和第四四U型缺陷地结构（14）的U型缝隙（15）的宽度相同，从外侧到内侧每个U型缝隙（15）的横向长度和纵向长度不同。
6.根据权利要求5所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：第一四U型缺陷地结构（11）、第二四U型缺陷地结构（12）、第三四U型缺陷地结构（13）和第四四U型缺陷地结构（14）的U型缝隙（15）的宽度为0.3mm。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：从外侧到内侧：第一四U型缺陷地结构（11）每个U型缝隙（15）的纵向长度依次为12.8mm、10.6mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为12.1mm、10.7mm、7.6mm和5.9mm；第二四U型缺陷地结构（12）每个U型缝隙（15）的纵向长度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为11.6mm、9.8mm、6.8mm和5.5mm；第三四U型缺陷地结构（13）每个U型缝隙（15）的宽度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为10.6mm、8.6mm、6.0mm和5.1mm；第四四U型缺陷地结构（14）的纵向长度依次为12.8mm、10.0mm、6.5mm和4.8mm，横向长度依次为10.3mm、7.0mm、5.5mm和4.8mm。
8.根据权利要求5或6所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：第一四U型缺陷地结构（11）、第二四U型缺陷地结构（12）、第三四U型缺陷地结构（13）和第四四U型缺陷地结构（14）各自之间的间距不同。
9.根据权利要求8所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：第一四U型缺陷地结构（11）、第二四U型缺陷地结构（12）、第三四U型缺陷地结构（13）和第四四U型缺陷地结构（14）各自之间的间距依次为7.4mm、6.5mm和6.2mm。
10.根据权利要求1所述的一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器，其特征在于：输入端口（5）和输出端口（6）分别设置在介质板（1）两端的侧面。
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| CN104362415A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-02-18 | 浙江中烟工业有限责任公司 | 一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器 |
| CN104362415B (zh) * | 2014-10-22 | 2016-11-23 | 浙江中烟工业有限责任公司 | 一种基于双平面缺陷结构的小型化宽阻带低通滤波器 |
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