專(zhuān)利名稱(chēng)：利用左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)以及利用該左右手混 合傳輸線(xiàn)設(shè)計(jì)的寬帶/超寬帶微帶濾波器。
技術(shù)背景-
超寬帶技術(shù)(UWB: Ultra-Wideband)作為一種新型無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，以其高速率、低 功耗、低復(fù)雜度和低功率譜密度等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的重要方向之一。2002 年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)將3. lGHz 10.6GHz的頻段開(kāi)放為自由室內(nèi)無(wú)線(xiàn)短距離 通信頻段。超寬帶濾波器是超寬帶通信應(yīng)用平臺(tái)的主要組件。
微波濾波器是通信系統(tǒng)中必不可缺的器件，它在蜂窩電話(huà)、衛(wèi)星通信以及雷達(dá)中得 到了廣泛的應(yīng)用。有關(guān)微波濾波器的設(shè)計(jì)理論，很多出版物中有詳細(xì)介紹。例如，阿泰 克口豪斯(Artech House) 1980年出版的《微波濾波器，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和耦合結(jié)構(gòu)》
(Microwave Filters, Impedance—Matching Network, and Coupling Structures)。 2006年7月，麥格羅口希爾國(guó)際出版公司(McGraw-Hill Press)出版了由亞瑟威廉姆斯 (Arthur Williams)和泰勒(Fred J. Taylor)合著的第四版《電子濾波器設(shè)計(jì)手冊(cè)》 (Electronic Filter Design Handbook, Fourth Edition)。書(shū)中給出了基于傳統(tǒng)理 論，相關(guān)各種電子濾波器的電路設(shè)計(jì)方法，其實(shí)現(xiàn)方法如分布式元件，微帶線(xiàn)，波導(dǎo)， 帶狀線(xiàn)等，其中涉及微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)如下耦合線(xiàn)微帶濾波器，梳狀線(xiàn)微帶濾波 器，發(fā)卡型濾波器等。
2006年亞太微波會(huì)議(2006 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings) 上發(fā)表了上海大學(xué)Wei Liu等人的"一種使用雙環(huán)諧振新型微帶UWB濾波器"(A Novel UWB Filter Using A New Type of Microstrip Double-Ring Resonators)論文，該文中通 過(guò)奇偶模技術(shù)和信號(hào)傳輸線(xiàn)理論設(shè)計(jì)了相對(duì)帶寬80%的超寬帶濾波器，不過(guò)這個(gè)帶寬仍 然沒(méi)有完全覆蓋FCC(Federal Communications Commission)的開(kāi)放頻段，該濾波器其由 兩個(gè)約2厘米X4厘米的單元級(jí)聯(lián)而成，整體主體尺寸(不計(jì)饋線(xiàn)長(zhǎng)度)大于4厘米X4厘 米，不能滿(mǎn)足小型化的需要。
2006年，約翰.威利父子出版社(John Wiley & Sons Press)出版了由美國(guó)加州大
學(xué)洛杉機(jī)分校(University of California at Los Angeles)的大竹伊藤(Tatsuo Itoh) 和加拿大蒙特利爾工學(xué)院(Ecole Polytechnique de Montreal)的克里斯多夫.卡羅茲
(Christophe Caloz)合作撰寫(xiě)的關(guān)于《電磁超材料異向介質(zhì)》(^7ec^ro鵬卵e"c #"a/^^ris/^的書(shū)。作為右手傳輸線(xiàn)的對(duì)偶，該書(shū)第三章對(duì)左手傳輸線(xiàn)理論及應(yīng)用 作了系統(tǒng)的理論介紹，給出了理想左右手混合傳輸線(xiàn)的等效電路和傳輸線(xiàn)方程和傳輸矩 陣。此書(shū)從理論上證明了左手傳輸線(xiàn)因?yàn)檩^傳統(tǒng)右手傳輸線(xiàn)具有更短的物理長(zhǎng)度，使得 它在減小元件尺寸和降低傳輸損耗上有其優(yōu)越性。目前已有利用左手或混合左右手傳輸 線(xiàn)研制天線(xiàn)、窄帶濾波器、延時(shí)線(xiàn)以及功分器的報(bào)道。
2007年，中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所C.Li等人在《應(yīng)用物理學(xué)報(bào)》(第87巻)(Apply Physic A: Materials Science & Processing, Volume 87, Number 2 / May, 2007) 上發(fā)表了 "混合左右手共面波導(dǎo)電容耦合零階諧振帶通濾波器"(Composite right/left-handed coplanar waveguide band-pass filter using c鄰acitively -coupled zeroth-order resonators)。該濾波器采用簡(jiǎn)單的CPW結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在 于并聯(lián)的傳輸線(xiàn)的電容效應(yīng)很小，這就造成整個(gè)電路很難滿(mǎn)足諧振條件，并且耦合度不 夠高，因此只能應(yīng)用于窄帶范圍內(nèi)(相對(duì)帶寬為11W 。 2006年浙江大學(xué)J. Li在《微波 與光波技術(shù)快報(bào)》(第48巻)(Microwave and Optical Technology Letters vol. 48 / No. 10 2006)上報(bào)道了一種"基于左右手混合傳輸線(xiàn)的新型濾波器"(Novel Filter Using Composite Right/Left-Handed Transition Line)。這種濾波器沒(méi)有用微帶線(xiàn)實(shí)現(xiàn)， 而且傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元僅是一個(gè)二階諧振電路，使得其結(jié)構(gòu)不緊湊，難以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)耦合，所 以也只能應(yīng)用于窄帶范圍內(nèi)。如果需實(shí)現(xiàn)一個(gè)三階電路時(shí)，則需要兩個(gè)單元級(jí)聯(lián)，這必 然就增大了器件的尺寸和損耗(相對(duì)帶寬小于2%)。
至今未見(jiàn)有左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器的設(shè)計(jì)方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的寬帶/超寬帶微 帶濾波器，其結(jié)構(gòu)緊湊，能夠克服現(xiàn)有微波寬帶帶通濾波器普遍存在的體積大、損耗大 等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
本發(fā)明的利用左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，至少包括一個(gè)在
PCB板上的混合左右手微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述每個(gè)微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單 元是由輸入端、輸出端，耦合電容及兩個(gè)接地電感構(gòu)成，其中兩個(gè)接地電感分別由位于 左右手微帶傳輸線(xiàn)單元的耦合電容兩邊的金屬微帶線(xiàn)接地實(shí)現(xiàn)；所述兩個(gè)接地電感與傳 輸線(xiàn)的對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)的電感和電容，耦合電容與傳輸線(xiàn)由于電流通過(guò)而產(chǎn)生的電感 效應(yīng)構(gòu)成串聯(lián)的電感和電容，整個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成一個(gè)7l型三階諧振電路；其中的耦合電 容是交指耦合電容，或者是雙螺旋耦合電容，或者是交指耦合電容與共面波導(dǎo)(CPW) 結(jié)合的混合電容，或者是雙層金屬板電容。
通常情況下，每個(gè)傳輸線(xiàn)單元在耦合電容兩邊通過(guò)過(guò)孔技術(shù)(打孔后灌填金屬)形成 接地電感，接地位置在兩條微帶的末端。
在實(shí)際使用中，確定了通帶和中心頻率等技術(shù)指標(biāo)后，根據(jù)輸入阻抗(通常為50或 75歐姆)計(jì)算饋線(xiàn)寬度，相應(yīng)的特定阻抗微帶線(xiàn)寬度計(jì)算公式可見(jiàn)美國(guó)約翰.威利父子 公司出版的《微波工程》。選擇合適的PCB (Printed Circuit Board)板。單元主體長(zhǎng) 度小于l/4波長(zhǎng)，介質(zhì)板的介電常數(shù)可在1.07 13.6范圍內(nèi)選擇。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，30% 50%帶寬選用交指耦合電容接地結(jié)構(gòu)的混合左右手濾波單元，其具 體帶寬與接地微帶線(xiàn)和交指微帶線(xiàn)的長(zhǎng)寬度有關(guān)，接地微帶線(xiàn)越長(zhǎng)，帶寬越寬，指寬越 寬帶寬越窄；50% 80%帶寬選用雙螺旋耦合電容接地結(jié)構(gòu)的混合左右手濾波單元，其具 體帶寬與螺旋數(shù)和雙螺旋間距有關(guān)，螺旋數(shù)越多，帶寬越窄，間距越小，帶寬越寬；80% 110%帶寬選用交指耦合電容與共面波導(dǎo)混合接地結(jié)構(gòu)的混合左右手濾波單元，其具體帶 寬也與接地微帶線(xiàn)和交指微帶線(xiàn)的長(zhǎng)寬度有關(guān)，接地微帶線(xiàn)越長(zhǎng)，帶寬越寬，指寬越寬 帶寬越窄；110%以上帶寬選用金屬板耦合電容接地結(jié)構(gòu)的混合左右手濾波單元，其具 體帶寬與接地微帶線(xiàn)和兩塊金屬板間距、面積有關(guān)，接地微帶線(xiàn)越長(zhǎng)，帶寬越寬，金屬 板面積越大、間距越窄，帶寬越寬。
本發(fā)明的利用左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，可根據(jù)不同的使 用要求，在所述的四種不同的高耦合TC型結(jié)構(gòu)單元中，選擇不同結(jié)構(gòu)的耦合電容的傳輸 線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元組合成整體，實(shí)現(xiàn)不同的濾波器帶寬和頻帶范圍要求。由于每個(gè)左右手混合
傳輸線(xiàn)濾波單元是一個(gè)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，兩端輸入阻抗相同，因此，直接多個(gè)單元級(jí)聯(lián)后不會(huì) 出現(xiàn)阻抗不匹配而造成的能量損耗，級(jí)聯(lián)后濾波性能將更好。同時(shí)，由于上述每個(gè)微帶 傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元是冗型三階電路，結(jié)構(gòu)緊湊，使整體尺寸比較小，能夠滿(mǎn)足小型化的需要。
下面通過(guò)實(shí)施例和附圖做進(jìn)一步描述。


圖l是本發(fā)明所述的具有交指耦合電容的左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元的一種實(shí)施例 示意圖。
圖2為圖1側(cè)視圖。
圖3是圖1所述實(shí)施例對(duì)應(yīng)的等效電路圖。
圖4是對(duì)圖l所述實(shí)施例的ku波段濾波器單元進(jìn)行ie3d散射參數(shù)模擬測(cè)試結(jié)果圖。 圖5是本發(fā)明所述的具有雙螺旋耦合電容左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元的一種實(shí)施例 示意圖。
圖6是圖5所述實(shí)施例的C波段濾波器單元的ie3d散射參數(shù)模擬結(jié)果圖。 圖7是本發(fā)明所述的具有交指耦合電容接地與共面波導(dǎo)(CPW)結(jié)合的混合電容左右
手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元的一種實(shí)施例示意圖。
圖8是圖7所述實(shí)施例的UWB濾波器單元的ie3d散射參數(shù)模擬結(jié)果。 圖9是本發(fā)明所述的具有雙層金屬板電容的左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元的一種實(shí)施
例示意圖。
圖10是圖9所述實(shí)施例的超寬帶帶寬濾波器單元的ie3d散射參數(shù)模擬結(jié)果。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
參見(jiàn)圖1和圖2， 1為方形單層PCB板，單層PCB板由上下兩層金屬與中間層的介質(zhì)板 組成。第一、三層為導(dǎo)體銅，由第三層的金屬構(gòu)成傳輸線(xiàn)的地，中間層為介質(zhì)板；2為 設(shè)在第一層上的金屬交指結(jié)構(gòu)，形成金屬微帶串聯(lián)電感和串聯(lián)電容；該金屬微帶交指結(jié) 構(gòu)還和第三層金屬地之間形成并聯(lián)電容。3為兩個(gè)接地電感，即采用過(guò)孔技術(shù)，在PCB板 上加工直徑為O. 1 0.8mm的通孔，將該金屬交趾結(jié)構(gòu)和PCB板第三層金屬地相聯(lián)構(gòu)成并 聯(lián)接地電感；4、 5分別為電路的輸入、輸出端點(diǎn)，用于與其它傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元或外部電 路的連接。這樣，串聯(lián)電感、電容以及并聯(lián)電感、電容構(gòu)成了一個(gè)混合左右手傳輸線(xiàn)單 元結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)的等效電路見(jiàn)圖3。
在圖3中，等效電路由6個(gè)分布電元件組成；兩個(gè)L、 d分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)接地電感和
傳輸線(xiàn)的對(duì)地電容構(gòu)成的并聯(lián)電感和電容，C2、 L2分別對(duì)應(yīng)于耦合電容和傳輸線(xiàn)由于電 流通過(guò)而產(chǎn)生的電感效應(yīng)構(gòu)成的串聯(lián)電容和電感，圖中的Z。為輸入陌抗，可以由饋線(xiàn)寬 度決定(50歐姆或者75歐姆)，整個(gè)單元構(gòu)成了一個(gè)Ti型三階諧振電路。
本實(shí)例要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)可以覆蓋整個(gè)ku波段的帶通濾波器，通過(guò)估^波長(zhǎng)/1 = |，
其中c為真空光速，f為中心頻率，整個(gè)單元長(zhǎng)度在5ram左右(約為15GHz電磁波波長(zhǎng)的四 分之一)，以保證中心頻率為15GHz左右。輸入阻抗為50歐姆，選取中間層介電常數(shù)為2.2 的Rogers公司生產(chǎn)的Rogers RT/duroid 5880介質(zhì)基板，中間層介質(zhì)板厚度為O. 254mm。 通過(guò)特性阻抗50歐姆的微帶傳輸線(xiàn)的寬度計(jì)算公式，計(jì)算得饋線(xiàn)寬度為O. 77mm。 PCB板 的第一、三層導(dǎo)體銅的厚度為0.004mm;面積為8mmx6mm的。在介質(zhì)基板正中央制作交指 電容，取交指對(duì)數(shù)4對(duì)，指寬寬度O. lrnm，交指間距0.1mm，最外邊指接地，為滿(mǎn)足工程 可行接地外邊指為O. 3mra。通過(guò)軟件模擬對(duì)其它邊指與接地微帶進(jìn)行微調(diào)得其具體參數(shù) 如下交指長(zhǎng)度4.1mm，第二邊指寬度O. 6mm,用寬O. 3mm長(zhǎng)4. 6mm的交指微帶最外邊指通 過(guò)過(guò)孔技術(shù)垂直穿過(guò)于介質(zhì)層與最下層底板相連，過(guò)孔直徑0.3mm，高度0.254mm，過(guò)孔 短路釘?shù)奈恢迷谕膺厧┒?，短路釘在上層金屬面投影為圓形。輸入、輸出端口饋線(xiàn)分 別位于交指單元兩端的饋線(xiàn)上。
對(duì)本實(shí)施例的具有交指耦合電容的混合左右手傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)濾波單元進(jìn)行ie3d軟件 模擬測(cè)試，其結(jié)果見(jiàn)圖4。圖中，橫坐標(biāo)代表頻率(單位GHz)，縱坐標(biāo)代表散射參數(shù) (單位dB)。圖中空心圓線(xiàn)所表示的Su是網(wǎng)絡(luò)的回波損耗，表示輸入端口接收到的反 射能量與輸入總能量的比；實(shí)心圓線(xiàn)所表示的S2t是網(wǎng)絡(luò)的插入損耗，表示接收端口收到 的能量與輸入總能量的比，由圖可看出，通帶(S21>-3dB)覆蓋了幾乎整個(gè)ku波段。該 具體實(shí)施所能實(shí)現(xiàn)的電氣性能為中心頻率15GHz,相對(duì)帶寬大于40% (12 18GH)。單 元主體尺寸4. 8mraX2. 5ram。 實(shí)施例2
所用PCB板同實(shí)施例1，參見(jiàn)圖5， 1為方形PCB板，6為設(shè)在在第一層上的雙螺旋結(jié)構(gòu)， 形成金屬微帶串聯(lián)電感和串聯(lián)電容；在金屬微帶和第三層金屬地之間形成并聯(lián)電容。3 為兩個(gè)接地電感，即采用過(guò)孔技術(shù)，用導(dǎo)體金屬絲將該金屬交趾結(jié)構(gòu)和PCB板的第三層 金屬地相聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)接地電感，過(guò)孔的直徑為O. 1 0.8mm; 4、 5分別為電路的輸入、輸 出端點(diǎn)，用于與其它單元或外部電路的連接。這樣，串聯(lián)電感、電容以及并聯(lián)電感、電
容構(gòu)成了一個(gè)混合左右手傳輸線(xiàn)單元結(jié)構(gòu)，整個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)7T型三階諧振電路。
本實(shí)例要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)可以覆蓋整個(gè)C波段的帶通濾波器，通過(guò)估算整個(gè)單元尺寸 在3毫米X3毫米左右(約為6GHz電磁波四分之一波長(zhǎng)的1/4)。通過(guò)計(jì)算與微調(diào)得具體尺 寸為PCB板的第一、三層為導(dǎo)體銅，厚度為0.004mm，中間層介電常數(shù)10.2，厚度為 0. 635mm;面積為8mmx6腿(Rogers RT/duroid 5880介質(zhì)基板)。在介質(zhì)基板正中央制 作雙螺旋電容，螺旋電感寬度0.1mm,螺旋數(shù)l，間距O. lmrn。每個(gè)螺旋電感端接地，接地 端寬0.3mm，輸入、輸出端口饋線(xiàn)分別位于雙螺旋單元兩端，饋線(xiàn)寬度0.23mm(輸入阻抗 50歐姆)。接地端通過(guò)過(guò)孔技術(shù)與最下層底板相連，2個(gè)過(guò)孔接地短路釘均垂直穿過(guò)于介 質(zhì)層，短路釘在上層金屬面投影為圓形，過(guò)孔直徑0.3mm，高度0.635mm，過(guò)孔位置分別 在單元中部的兩條螺旋微帶末端。
對(duì)本實(shí)施例的具有雙螺旋耦合電容的混合左右手傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)濾波單元進(jìn)行ie3d軟 件模擬測(cè)試，其結(jié)果見(jiàn)圖6。圖中，橫縱坐標(biāo)代表如例l，由圖可看出，通帶(S21>-3dB) 覆蓋了幾乎整個(gè)C波段。該具體實(shí)施所能實(shí)現(xiàn)的電氣性能為中心頻率6GHz，相對(duì)帶寬 大于50% (4 8GHz)。單元主體尺寸2. 5咖X2. 5mm。
實(shí)施例3
所用PCB板同實(shí)施例1，參見(jiàn)圖7， 1為方形的PCB板，2為設(shè)在在第一層上的交指電容 結(jié)構(gòu)，形成金屬微帶串聯(lián)電感和串聯(lián)電容；在金屬微帶和第三層地之間形成并聯(lián)電容。 3為兩個(gè)接地電感，即采用過(guò)孔技術(shù)，用導(dǎo)體金屬絲將該金屬交趾結(jié)構(gòu)和PCB板第三層金 屬地相聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)接地電感，過(guò)孔的直徑為O. 1 0. 8mm; 4、 5分別為電路的輸入、輸出 端點(diǎn)，用于與其它單元或外部電路的連接。7為在第三層的地上開(kāi)的矩形環(huán)槽(寬0.1 0.8mm)用來(lái)增強(qiáng)串聯(lián)的電容效應(yīng)，這樣，串聯(lián)電感、電容以及并聯(lián)電感、電容構(gòu)成了 一個(gè)混合左右手傳輸線(xiàn)單元結(jié)構(gòu)，整個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)7t型三階諧振電路。
本實(shí)例要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)可以覆蓋整個(gè)UWB (3. lGHz 10.6GHz)波段的帶通濾波器， 通過(guò)估算整個(gè)單元長(zhǎng)度在4mm左右(約為6. 3GHz電磁波波長(zhǎng)的1/12)。本實(shí)施例的具體尺 寸為PCB板的第一、三層導(dǎo)體銅的厚度為0.004mra，中間層為介電常數(shù)2. 17的介質(zhì)板， 厚度為O. 508mm;面積為8mmx6mm的Rogers RT/duroid 5880介質(zhì)基板。在介質(zhì)基板正中 央制作交指電容，交指對(duì)數(shù)4對(duì)，指寬度O. 3mm,交指長(zhǎng)度2. 8mm,交指間距O. lmm。每副交 指一端連有邊帶，邊帶寬0.3mm，邊帶長(zhǎng)3.9mm后直角拐彎延長(zhǎng)0.2mm后直角拐彎又延長(zhǎng)
2. 2mra(總長(zhǎng)度約為約為6. 3GHz電磁波的l/4波長(zhǎng))后，通過(guò)過(guò)孔短路釘(過(guò)孔直徑O. 3mm， 高度0.508ram)與最下層底板相連。2個(gè)過(guò)孔短路釘均垂直穿過(guò)于介質(zhì)層，短路釘在上層 金屬面投影為圓形，圓心位置在邊帶端。輸入、輸出端口饋線(xiàn)分別位于交指單元兩端， 饋線(xiàn)寬度1.7mra。 2個(gè)過(guò)孔接地短路釘均垂直穿過(guò)于介質(zhì)層，短路釘在上層金屬面投影為 圓形。底板沿著上層金屬投影，開(kāi)長(zhǎng)方形槽，槽寬0.2mm。
對(duì)本實(shí)施例的具有交指耦合電容與共面波導(dǎo)結(jié)合的混合左右手傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)濾波單 元進(jìn)行ie3d軟件模擬測(cè)試，其結(jié)果見(jiàn)圖8。圖中，橫縱坐標(biāo)代表如例l，由圖可看出，通 帶(S〉-3dB)覆蓋了幾乎整個(gè)UWB波段。該具體實(shí)施所能實(shí)現(xiàn)的電氣性能為中心頻率 6. 3GHz，相對(duì)帶寬約100% (3. 1 10. 6GHz)。單元主體尺寸4. 2毫米X6亳米。
實(shí)施例4
參見(jiàn)圖9， 8為方形的多層PCB板，多層PCB板由多層金屬與多層介質(zhì)板相間組成。本 實(shí)例采用雙層PCB板即三層金屬夾兩層介質(zhì)板。該P(yáng)CB板的第一、三、五層為導(dǎo)體銅，由 第五層的金屬構(gòu)成傳輸線(xiàn)的地，中間層為介電常數(shù)(1.07 13.6)的介質(zhì)板；9、 IO分 別為設(shè)在在第一層和第三層的上的金屬板，構(gòu)成雙層金屬板電容，形成金屬微帶串聯(lián)電 感和串聯(lián)電容；在金屬微帶和第五層地之間形成并聯(lián)電容。3為兩個(gè)接地電感，即采用 過(guò)孔技術(shù)，用導(dǎo)體金屬絲將該金屬板層的一端和PCB板第五層金屬地相聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)接地 電感，過(guò)孔的直徑為O. 1 0.8mm; 4、 5分別為電路的輸入、輸出端點(diǎn)，用于與其它單元 或外部電路的連接。這樣，串聯(lián)電感、電容以及并聯(lián)電感、電容構(gòu)成了一個(gè)混合左右手 傳輸線(xiàn)單元結(jié)構(gòu)，整個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)Ti型三階諧振電路。
本實(shí)例要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)可以中心頻率為8GHz的超帶通濾波器，通過(guò)估算整個(gè)單元長(zhǎng) 度在5ram左右(約為7.5GHz電磁波波長(zhǎng)的1/8)。本實(shí)施例的具體尺寸為PCB板的第一、 三、五層導(dǎo)體銅厚度為O. 004mm，第二層與第四為介電常數(shù)2. 2的介質(zhì)板，第二層厚度 0. 127咖，第四層厚度為O. 635mm;面積為8mmx6mm的Rogers RT/duroid 5880介質(zhì)基板。 在介質(zhì)基板正中央制作金屬板，形成電容，平面金屬板尺寸4.7ramX2.4mm。每塊金屬板 旁有金屬微帶指端接地，接地端寬0.3mm，接地微帶與金屬板距離任意， 一般在lmm以?xún)?nèi)。 輸入、輸出端口饋線(xiàn)分別位于單元兩端，第一層饋線(xiàn)寬度l. 2ran，第三層饋線(xiàn)寬度lram。 接地端通過(guò)孔技術(shù)(實(shí)心圓柱形金屬銅，直徑0.3mm，高度分別為O. 635mm和0. 762mm) 與最下層底板相連。2個(gè)過(guò)孔短路接地釘均垂直穿過(guò)于介質(zhì)層，短路釘在上層金屬面投
影為圓形。
對(duì)本實(shí)施例的具有雙層金屬板電容的混合左右手傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)濾波單元進(jìn)行ie3d軟 件模擬測(cè)試，其結(jié)果見(jiàn)圖IO。圖中，橫縱坐標(biāo)代表如例l，由圖可看出，通帶(S21〉-3dB) 涵蓋了L， S， C， X， Ku五個(gè)波段。該具體實(shí)施所能實(shí)現(xiàn)的電氣性能為中心頻率7.5GHz， 相對(duì)帶寬大約180% (1. 1 15.7GHz)。單元主體尺寸5. lmmX4.8腿。
權(quán)利要求
1.一種利用左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，至少包括一個(gè)在PCB板上的混合左右手微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述每個(gè)微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元是由輸入端、輸出端，耦合電容及兩個(gè)接地電感構(gòu)成，其中兩個(gè)接地電感分別由位于左右手微帶傳輸線(xiàn)單元的耦合電容兩邊的金屬微帶線(xiàn)接地實(shí)現(xiàn)；所述兩個(gè)接地電感與傳輸線(xiàn)的對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)的電感和電容，耦合電容與傳輸線(xiàn)由于電流通過(guò)而產(chǎn)生的電感效應(yīng)構(gòu)成串聯(lián)的電感和電容，整個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成一個(gè)π型三階諧振電路。
2. 如權(quán)利要求l所述的左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，其特征在于，所述耦合電容是交指耦合電容。
3. 如權(quán)利要求l所述的左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，其特征在于， 所述耦合電容是雙螺旋耦合電容。
4. 如權(quán)利要求l所述的左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，其特征在于， 所述耦合電容是交指耦合電容接地與共面波導(dǎo)結(jié)合的混合電容。
5. 如權(quán)利要求l所述的左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)的寬帶/超寬帶微帶濾波器，其特征在于， 所述耦合電容是雙層金屬板電容。
全文摘要
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到左右手混合傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)以及利用該左右手混合傳輸線(xiàn)設(shè)計(jì)的寬帶/超寬帶微帶濾波器。它至少包括一個(gè)在PCB板上的混合左右手微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元是由輸入端、輸出端，耦合電容及兩個(gè)接地電感構(gòu)成；其中兩個(gè)接地電感和傳輸線(xiàn)的對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)的電感和電容，耦合電容和傳輸線(xiàn)由于電流通過(guò)而產(chǎn)生的電感效應(yīng)構(gòu)成串聯(lián)的電感和電容，兩組電感和電容組成一個(gè)π型三階諧振電路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，整體尺寸比較小，能滿(mǎn)足小型化的需要；同時(shí)可根據(jù)不同的使用要求，選擇不同結(jié)構(gòu)的耦合電容的傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)單元組合成整體，實(shí)現(xiàn)不同的濾波器帶寬和頻帶范圍要求，并且多個(gè)單元級(jí)聯(lián)后不會(huì)造成能量損耗，級(jí)聯(lián)后濾波性能將更好。
文檔編號(hào)H01P3/08GK101102002SQ20071002259
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月19日
發(fā)明者佘元峰, 旗 朱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)