一种具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器

摘要

本发明涉及一种具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器，该滤波器包括介质板、导带、互补型矩形开口缺陷微带结构、开路枝节、脊线、接地板和哑铃型缺陷地结构，互补型矩形开口缺陷微带结构包括第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构，第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构分别设置在导带的两侧，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；开路枝节包括第一开路枝节、第二开路枝节和第三开路枝节，脊线包括第一脊线和第二脊线，哑铃型缺陷地结构包括第一哑铃型缺陷地结构和第二哑铃型缺陷地结构，本发明改善了阻带宽度，通带内的损耗低。

说明书

技术领域

本发明属于微波通信技术领域，尤其涉及一种具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器，可应用于抑制功率放大器、混频器、振荡器等电路产生的谐波和寄生信号。

背景技术

现代无线通信系统迫切需要陡峭过渡和宽阻带的低通滤波器来抑制功率放大器、混频器、振荡器等电路产生的谐波和寄生信号。通带到阻带的陡峭过渡可保证很高的频率选择性，宽的阻带则可以抑制宽频带内的寄生干扰信号。传统的微带形式滤波器只能提供通带到阻带的较缓过渡和较窄的阻带带宽。为了提高频率选择性以及改善阻带宽度，往往需要提高滤波器的阶数，但由此会带来通带损耗的上升以及器件尺寸的增加。

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。然而，随着DGS单元的增加，通带损耗会随之增加，并且在高频处的辐射会显著上升，不利于实际应用。

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。缺陷微带结构的频率响应和结构形状密切相关，通过开发具有陡峭过渡和极小通带损耗的缺陷微带结构单元，同时综合运用缺陷地结构、开路枝节等谐振单元，可以为具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器的实施提供新的手段。

发明内容

针对低通滤波器现有实现技术中存在的不足，本发明的目的是提出了一种具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器，以解决现有的低通滤波器频率选择性不高、阻带较窄、通带损耗较大等问题。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器，该滤波器包括介质板、导带、互补型矩形开口缺陷微带结构、开路枝节、脊线、接地板和哑铃型缺陷地结构，导带设置在介质板的正面，接地板设置在介质板的背面；所述的互补型矩形开口缺陷微带结构包括第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构，第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构分别设置在导带的两侧，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；所述的开路枝节包括第一开路枝节、第二开路枝节和第三开路枝节，第一开路枝节和第二开路枝节分别连接设置在第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构的内侧，所述的第三开路枝节位于导带的中间；所述脊线包括第一脊线和第二脊线，第一脊线和第二脊线相互对称设置，第一脊线和第二脊线分别是以导带宽度边缘为起始点，通过蚀刻90度的弯曲缝隙而成，第一脊线连接设置在第一开路枝节和第三开路枝节之间，第二脊线连接设置在第二开路枝节和第三开路枝节之间；所述的哑铃型缺陷地结构包括第一哑铃型缺陷地结构和第二哑铃型缺陷地结构，第一哑铃型缺陷地结构和第二哑铃型缺陷地结构分别由接地板上两个正方形的缺陷以及连接这两个缺陷的缺口槽构成，第一哑铃型缺陷地结构和第二哑铃型缺陷地结构分别位于第一开路枝节和第二开路枝节的下方。

作为进一步改进，所述的介质板介电常数为2.55，厚度为1.5 mm，导带的宽度为4.5 mm。

作为进一步改进，所述的第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构的除环型缝隙的长度不相等以外，其它尺寸均相同。

作为进一步改进，所述的第一互补型矩形开口缺陷微带结构的外侧环型缝隙的长度为8.0mm，宽度为3.6mm，内侧环型缝隙的长度为6.8mm，宽度为2.4mm，开口的长度均为0.6mm，内外侧环型缝隙的间距为0.3mm；第二互补型矩形开口缺陷微带结构的外侧环型缝隙的长度为6.3mm，宽度为3.6mm，内侧环型缝隙的长度为5.1mm，宽度为2.4mm，开口的长度均为0.6mm，内外侧环型缝隙的间距为0.3mm。

作为进一步改进，所述的第一开路枝节的宽度为4.2mm，长度为8.8mm；第二开路枝节的宽度为4.2mm，长度为5.8mm；第三开路枝节的宽度10.2mm，长度为5.35mm。

作为进一步改进，所述的第一脊线和第二脊线沿着导带宽度方向缝隙的长度为4.1mm，沿着导带长度方向缝隙的长度为3.6mm，缝隙的宽度为0.4mm。

作为进一步改进，所述的第一哑铃型缺陷地结构中正方形缺陷的长度为2.3mm，连接两个正方形缺陷的缺口槽宽度为0.3mm，长度为5.0mm，第二哑铃型缺陷地结构哑铃型缺陷地结构中正方形缺陷的长度为1.9mm，连接两个正方形缺陷的缺口槽宽度为0.3mm，长度为5.0mm，第一哑铃型缺陷地结构与第二哑铃型缺陷地结构之间的中心间距为14.65mm。

本发明的互补型矩形开口缺陷微带结构具有陡峭的过渡响应和极小的通带损耗，通过调节结构的尺寸可以改变传输零点的位置。第一和第二传输零点分别由不同尺寸的第一互补型矩形开口缺陷微带结构和第二互补型矩形开口缺陷微带结构产生以获得通带到阻带的陡峭过渡和极小的通带损耗。第三和第四传输零点分别由不同尺寸的第一、第二开路枝节产生。并通过第一、第二脊线和第三开路枝节以及哑铃型缺陷地结构来获得宽的阻带。

本发明提出的低通滤波器，充分利用了缺陷微带结构和缺陷地结构的显著阻带和慢波效应，具有通带到阻带的陡峭过渡，改善的阻带宽度，通带内的低损耗，易于和其它平面微波电路集成等优点。同时，该低通滤波器的前四个传输零点可分别自由调节，为器件的设计带来极大的便利。

附图说明

图1是本发明具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器的总体结构示意图。

图2是本发明具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器的正面结构示意图。

图3是本发明具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器的背面结构示意图。

图4是本发明具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器仿真的频率响应结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示的一种具有陡峭过渡和改善阻带的低通滤波器，该滤波器包括介质板1、导带2、互补型矩形开口缺陷微带结构、开路枝节、脊线、接地板10和哑铃型缺陷地结构，导带2设置在介质板1的正面，接地板10设置在介质板1的背面。所述的介质板1介电常数为2.55，厚度为1.5 mm，导带2的宽度为4.5 mm，以获得50 Ω的特性阻抗。

如图2所示，所述的互补型矩形开口缺陷微带结构包括第一互补型矩形开口缺陷微带结构3和第二互补型矩形开口缺陷微带结构9，第一互补型矩形开口缺陷微带结构3和第二互补型矩形开口缺陷微带结构9分别设置在导带2的两侧，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12和外侧环型缝隙11构成，内侧环型缝隙12和外侧环型缝隙11同心均由导带2蚀刻形成。第一互补型矩形开口缺陷微带结构3的外侧环型缝隙11的长度为8.0mm，宽度为3.6mm，内侧环型缝隙12的长度为6.8mm，宽度为2.4mm，开口13的长度均为0.6mm，内外侧环型缝隙11的间距为0.3mm。第二互补型矩形开口缺陷微带结构9的外侧环型缝隙11的长度为6.3mm，宽度为3.6mm，内侧环型缝隙12的长度为5.1mm，宽度为2.4mm，开口13的长度均为0.6mm，内外侧环型缝隙11的间距为0.3mm。

如图2所示，所述的开路枝节包括第一开路枝节4、第二开路枝节8和第三开路枝节6，第一开路枝节4和第二开路枝节8分别连接设置在第一互补型矩形开口缺陷微带结构3和第二互补型矩形开口缺陷微带结构9的内侧，所述的第三开路枝节6位于导带2的中间。所述的第一开路枝节4的宽度为4.2mm，长度为8.8mm；第二开路枝节8的宽度为4.2mm，长度为5.8mm；第三开路枝节6的宽度10.2mm，长度为5.35mm。

所述脊线包括第一脊线5和第二脊线7，第一脊线5和第二脊线7相互对称设置，第一脊线5和第二脊线7分别是以导带2宽度边缘为起始点，通过蚀刻90度的弯曲缝隙而成，第一脊线5连接设置在第一开路枝节4和第三开路枝节6之间，第二脊线7连接设置在第二开路枝节8和第三开路枝节6之间。第一脊线5和第二脊线7沿着导带2宽度方向缝隙的长度为4.1mm，沿着导带2长度方向缝隙的长度为3.6mm，缝隙的宽度为0.4mm。

如图3所示，所述的哑铃型缺陷地结构包括第一哑铃型缺陷地结构14和第二哑铃型缺陷地结构15，第一哑铃型缺陷地结构14和第二哑铃型缺陷地结构15分别由接地板10上两个正方形的缺陷以及连接这两个缺陷的缺口槽构成，第一哑铃型缺陷地结构14和第二哑铃型缺陷地结构15分别位于第一开路枝节4和第二开路枝节8的下方。第一哑铃型缺陷地结构14中正方形缺陷的长度为2.3mm，连接两个正方形缺陷的缺口槽宽度为0.3mm，长度为5.0mm，第二哑铃型缺陷地结构15中正方形缺陷的长度为1.9mm，连接两个正方形缺陷的缺口槽宽度为0.3mm，长度为5.0mm，第一哑铃型缺陷地结构14与第二哑铃型缺陷地结构15之间的中心间距为14.65mm。

本发明该实施例的频率响应仿真结果如图4所示，包括实线的S21（传输系数）参数和虚线的S11（反射系数）参数，其中横坐标代表频率分量，单位为GHz，纵坐标代表幅度变量，单位为dB。该实施例通带到阻带的过渡带宽为0.33GHz（3dB和39.8dB衰减频点分别位于4.01GHz和4.34GHz），频率选择度为111.5dB/GHz，20dB的阻带宽度为4.25GHz到超过15GHz，从直流到3.42GHz，插损小于0.3dB，通带内的反射系数基本都优于-20dB。

虽然在上述实施例的基础上对本发明进行了说明，但是本发明并不局限于此，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，比如采用其它形式的缺陷地结构来获得宽的阻带。因此，这些变形以及其它符合本发明的思想或者采用了本发明的技术方案，都应属于本发明的保护范围之内。