專利名稱：基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，采用的是當(dāng)前研究非常少的、新穎的等腰直角三角形貼片諧振器，并將分形技術(shù)應(yīng)用于濾波器設(shè)計，而且使用微帶激勵線作為饋線，改善了濾波器的帶寬和損耗等性能。
背景技術(shù)：
微波濾波器是雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等系統(tǒng)中最常見的元器件之一，其性能的優(yōu)劣往往直接影響到整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量，同時也是最為重要、技術(shù)含量最高的微波無源器件。隨著現(xiàn)代通信電子技術(shù)的發(fā)展，高性能平面微波濾波器日顯重要。為了提高通信容量和避免相鄰信道間的干擾，要求濾波器必須有良好的頻率選擇性；為了提高信噪比， 要求通帶內(nèi)要有低的插入損耗；為了滿足現(xiàn)代通信終端的小型化趨勢，要求濾波器要有更小的體積與重量，有時濾波器大小甚至比性能更加重要。由于現(xiàn)在的微波應(yīng)用系統(tǒng)越來越向小型化集成化發(fā)展，因此濾波器的小型化成為研究的熱點，在小型化的基礎(chǔ)上如何提高濾波器的性能成為濾波器研究的主要內(nèi)容。目前采用貼片結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的帶阻濾波器非常少。分形的概念是數(shù)學(xué)家曼德布羅特(B.B.Mandelbort)首先總結(jié)并提出的。分形的原意是不規(guī)則的、支離破碎的意思，分形具有自相似性和空間填充性，利用其空間填充特性可以實現(xiàn)射頻電路的小型化。目前，分形理論和技術(shù)已經(jīng)在許多學(xué)科領(lǐng)域引起重視并被應(yīng)用，在微波領(lǐng)域主要應(yīng)用于天線，而將其應(yīng)用于濾波器的報道還很少見，特別是應(yīng)用于貼片濾波器設(shè)計。分形可以分為有規(guī)分形與無規(guī)分形，本實用新型使用無規(guī)分形缺陷實現(xiàn)了小型化的帶通濾波器，具有重要理論和實際意義。在以往的射頻器件研究中，許多微波科學(xué)工作者提出了多種樣式的貼片諧振器結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)形、方環(huán)形、圓貼片、方貼片等等結(jié)構(gòu)，但是甚少有人研究三角形貼片結(jié)構(gòu)。特別是等腰直角三角形貼片諧振器，將分形思想應(yīng)用于濾波器的設(shè)計，特別是應(yīng)用于等腰直角三角形貼片諧振器中，還是一個非常新穎的嘗試，而且在引入激勵線作為饋線后增強(qiáng)了華禹合。

實用新型內(nèi)容本實用新型的工作原理分形技術(shù)可以使貼片諧振器原有諧振模式的諧振性能發(fā)生改變即某種或某些模式可能會發(fā)生分裂，某些模式的諧振點會彼此靠近，某些模式的諧振點會彼此分開更遠(yuǎn)的距離，也有某些模式的諧振會被大大削弱甚至抑制掉，通過對分形微擾源的控制就可以達(dá)到上述目的，因此這個新技術(shù)可以用單貼片諧振器實現(xiàn)多功能、高性能的濾波器，克服微帶耦合結(jié)構(gòu)濾波器尺寸大、要求強(qiáng)耦合等缺點，給濾波器的產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)帶來了希望。本實用新型的目的在于提供一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，該濾波器體積小巧、制作簡單、成本低廉、便于平面電路集成，應(yīng)用分形缺陷降低了工作頻率，極大拓寬了上阻帶的帶寬，并大大提高了濾波器的性能，可以推廣使用到多種小型的微波系統(tǒng)中。為了達(dá)到上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，包括正面部分的金屬微帶貼片、反面部分的金屬鍍層、中間層的介質(zhì)板和輸入輸出端口，其特征在于正面部分的金屬微帶貼片和輸入輸出端口在同一平面上，反面部分的金屬鍍層是金屬微帶貼片的接地板，中間層的介質(zhì)板位于正面部分的金屬微帶貼片和反面部分的金屬鍍層之間；所述金屬微帶貼片包括至少一個帶三角形分形微擾的貼片諧振器，所述貼片諧振器輸入饋線和輸出饋線在同一水平線上，并位于貼片諧振器的底邊位置，與貼片諧振器通過縫隙耦合，所述輸入饋線和輸出饋線還與貼片諧振器內(nèi)部三角形分形微擾的對稱軸相互垂直。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 所述正面部分的金屬微帶貼片和反面部分的金屬鍍層的金屬材料均采用導(dǎo)電性能良好的金、銀或銅。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 所述貼片諧振器是等腰直角三角形形狀。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部的三角形分形微擾是由一個等腰三角形缺陷構(gòu)成，而且等腰三角形缺陷不與等腰直角三角形貼片諧振器的邊界相接觸，整個濾波器成軸對稱圖形。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部的三角形分形微擾是由兩個上下相連的等腰三角形缺陷構(gòu)成的，兩個等腰三角形缺陷與等腰直角三角形貼片諧振器共有同一個對稱軸，上面的等腰三角形缺陷的頂點與等腰直角三角形貼片諧振器的頂點相重合，下面的等腰三角形缺陷的頂點位于上面等腰三角形缺陷底邊的中點上，整個濾波器成軸對稱圖形。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 所述輸入饋線和輸出饋線的內(nèi)部分別有一個形狀為“1 ”或“ |"”的缺陷打破饋線的邊界， 構(gòu)成激勵線，“1 ”和“ I"”形缺陷的寬度是0.2mm，且左右對稱。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 所述金屬微帶貼片由上下對稱的兩個完全相同的等腰直角三角形貼片諧振器構(gòu)成，所述兩個等腰直角三角形貼片諧振器共用設(shè)置在兩者之間的輸入饋線和輸出饋線，在兩個等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部設(shè)置有三角形分形微擾，整個濾波器上下左右均對稱。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 每個等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部的三角形分形微擾包括兩個不同大小的等腰三角形缺陷，上面的等腰三角形缺陷的頂點與等腰直角三角形貼片諧振器的頂點重合，下面的等腰三角形缺陷的頂點位于等腰直角三角形貼片諧振器的底邊中點上。前述的任意一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于所述輸入饋線和輸出饋線與等腰直角三角形貼片諧振器底邊的距離在0. Imm至0. 4mm 之間。前述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于 所述輸入饋線和輸出饋線與等腰直角三角形貼片諧振器底邊的距離為0. 2mm。本實用新型的有益效果是[0019]1、本實用新型是在傳統(tǒng)的貼片諧振器的基礎(chǔ)上，采用新穎的等腰直角三角形貼片諧振器結(jié)構(gòu)，并分別使用直達(dá)邊界的分形缺陷微擾技術(shù)、不直達(dá)邊界的微擾技術(shù)、微帶激勵線技術(shù)以及雙諧振器耦合技術(shù)，成功設(shè)計出通帶濾波器，提高了等腰直角三角形濾波器的性能。該種濾波器可以只有一個貼片結(jié)構(gòu)，也可以使用兩個貼片結(jié)構(gòu)，都滿足當(dāng)今濾波器設(shè)計小型化的要求，并解決了傳統(tǒng)濾波器的輻射損耗大以及不能有效抑制高次諧波的問題。2、本實用新型采用新穎的帶分形缺陷的等腰直角三角形結(jié)構(gòu)，比同類矩形或方形濾波器尺寸小，符合現(xiàn)代通信系統(tǒng)小型化的發(fā)展要求。3、該濾波器有較小插入損耗，良好的帶外抑制能力，解決了三角形濾波器的高性能問題。4、該濾波器結(jié)構(gòu)非常簡單，微擾簡潔大方，全部利用微帶PCB工藝生產(chǎn)，成本低、 易加工且能保證加工精度，可以適用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)?？梢詰?yīng)用于小型化通信設(shè)備。

[0023]圖1是實施侈1的結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖2是實施侈1中饋線的放大結(jié)構(gòu)示意圖；[0025]圖3是實施侈1的頻率響應(yīng)仿真結(jié)果；[0026]圖4是實施侈2的結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖5是實施侈2中饋線的放大結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖6是實施侈2的諧振器諧振性能的示意圖；[0029]圖7是實施侈2的改變內(nèi)部微擾大小時頻率響應(yīng)的對比；[0030]圖8是實施侈2的仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果的對比圖；[0031]圖9是實施侈3的結(jié)構(gòu)示意圖；[0032]圖10是實施列3的改變內(nèi)部微擾三角形大小時的頻率響應(yīng)的對比[0033]圖11是實施列3的仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果的對比圖。
具體實施方式
下面利用三個實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明，三個實施例均在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例1、實施例2以及實施例3。實施例1 結(jié)合附圖1-2對本實用新型的實施例1作詳細(xì)的說明。如圖1所示，本濾波器包括正面部分的金屬微帶貼片和輸入輸出端口、反面部分的金屬鍍層以及中間部分的介質(zhì)層。金屬微帶貼片包括在內(nèi)部設(shè)置有一個等腰三角形缺陷微擾2的等腰直角三角形貼片諧振器1、輸入饋線3和輸出饋線4，激勵5在饋線內(nèi)部。實施例1由等腰三角形分形缺陷位置的變化來調(diào)節(jié)濾波器的工作頻率。實施例1采用相對介電常數(shù)％ = 10. 2，厚度h = 1. 27mm的介質(zhì)板，經(jīng)過設(shè)計、仿真和優(yōu)化，最終確定該帶通濾波器的具體尺寸如圖1所示，a = 29mm, b = 17mm, c = 3mm, d = 1. 2mm, e = 6mm, f = 0. 2mm, g = 7. 7mm, h = 8. 5mm, i = 0. 25mm, j = 0. 2mm, si = 0. 9mm, s2 = 4mm, s3 = 0. 2mm, s4 = 0. 2mm, s5 = 0. 7mm。通過調(diào)節(jié)輸入饋線 3 和輸出饋線 4，與貼片諧振器1的間距可以控制耦合的強(qiáng)弱，通過改變分形微擾三角形的位置，可以調(diào)節(jié)濾波器的工作頻率；實施例1的仿真結(jié)果如圖3所示。該濾波器測試結(jié)果中心頻率為3. 1GHz，相對帶寬為7. 4%，通帶插入損耗為2dB， 仿真結(jié)果與測試結(jié)果近似。實施例2 結(jié)合附圖4-5對本實用新型的實施例2作詳細(xì)的說明。如圖4所示，本濾波器包括正面部分的金屬微帶貼片和輸入輸出端口、反面部分的金屬鍍層以及中間部分的介質(zhì)層。金屬微帶線包括在內(nèi)部設(shè)置有兩個上下相連的等腰三角形缺陷微擾2的等腰直角三角形貼片諧振器1、輸入饋線3和輸出饋線4，激勵5在饋線內(nèi)部。兩個等腰三角形缺陷微擾2與等腰直角三角形貼片諧振器1共有同一個對稱軸， 上面的等腰三角形缺陷微擾2的頂點與等腰直角三角形貼片諧振器1的頂點相重合，下面的等腰三角形缺陷微擾2的頂點位于上面等腰三角形缺陷微擾2底邊的中點上，整個濾波器成軸對稱圖形。本實施例由等腰三角形分形缺陷位置的變化來調(diào)節(jié)濾波器的工作頻率。實施例2采用相對介電常數(shù)％ = 10. 2，厚度h = 1. 27mm的介質(zhì)板，經(jīng)過設(shè)計、仿真和優(yōu)化，最終確定該帶通濾波器的具體尺寸如圖4所示，a = 29mm, b = 6mm, c = 17mm, d =1. 2mm, w = 3mm, hO = 8. 5mm, hi = 3. 5mm, s = 0. 2mm, si = 2. lmm, s2 = 2. 3mm, s3 = 0. 2mm, s4 = 0. 2mm, s5 = 0. 7mm。本實施例設(shè)計的濾波器具有非常穩(wěn)定的性能，其穩(wěn)定性可以從圖7中看到，圖6 給出了該諧振器的諧振特性曲線圖，該濾波器的實際測量結(jié)果與仿真結(jié)果的對比如圖8所示。該濾波器的實際測試結(jié)果工作頻率為2. 6GHz，帶內(nèi)差損為1. 4dB，相對帶寬為7. 3%, 仿真結(jié)果與測試結(jié)果近似。實施例3 結(jié)合附圖9對本實用新型的實施例3作詳細(xì)的說明。如圖9所示，本濾波器包括正面部分的微帶貼片和輸入輸出端口、反面部分的金屬鍍層以及中間部分的介質(zhì)層。微帶貼片由上下對稱的兩個完全相同的等腰直角三角形貼片諧振器1構(gòu)成，兩個等腰直角三角形貼片諧振器1共用設(shè)置在兩者之間的輸入饋線3和輸出饋線4，在兩個等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部設(shè)置有三角形分形微擾。每個等腰直角三角形貼片諧振器1內(nèi)部的三角形分形微擾包括兩個不同大小的等腰三角形缺陷微擾2，上面的等腰三角形缺陷微擾2的頂點與等腰直角三角形貼片諧振器1的頂點重合，下面的等腰三角形缺陷微擾2的頂點位于等腰直角三角形貼片諧振器1 的底邊中點上，也就是正好處于打破等腰直角三角形貼片諧振器1邊界的臨界點上。實施例3采用相對介電常數(shù)％ = 10. 2，厚度h = 1. 27mm的介質(zhì)板，經(jīng)過設(shè)計、仿真和優(yōu)化，最終確定該帶通濾波器的具體尺寸如圖9所示，a = ^mm，b = 5. 5mm, c = 1. 2mm, L = 17mm, hO = 8. 5mm, hi = 4. 9mm, h2 = 0. 9mm, h3 = 1. 7mm, wl = 3. 2mm, w2 = 2. 8mm, s =0. 2mm。如圖10所示，通過改變內(nèi)部微擾三角形的大小，可以小范圍改變?yōu)V波器工作的頻率。圖11為該濾波器的實際測量結(jié)果與仿真結(jié)果的對比，該濾波器的實際測試結(jié)果 中心工作頻率為2. 6GHz，帶內(nèi)差損為1. 4dB，相對帶寬為7. 3%，仿真結(jié)果與測試結(jié)果近似。實施例1、實施例2以及實施例3的金屬微帶貼片和反面部分的金屬鍍層的金屬材料均可以為金、銀或者銅。對三個實施例進(jìn)行實際測試的測量工具是Agilent (安捷倫)公司生產(chǎn)的E5071C型號的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的
6技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1、一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，包括正面部分的金屬微帶貼片、反面部分的金屬鍍層、中間層的介質(zhì)板和輸入輸出端口，其特征在于正面部分的金屬微帶貼片和輸入輸出端口在同一平面上，反面部分的金屬鍍層是金屬微帶貼片的接地板，中間層的介質(zhì)板位于正面部分的金屬微帶貼片和反面部分的金屬鍍層之間；所述金屬微帶貼片包括至少一個帶三角形分形微擾的貼片諧振器，所述貼片諧振器輸入饋線和輸出饋線在同一水平線上，并位于貼片諧振器的底邊位置，與貼片諧振器通過縫隙耦合，所述輸入饋線和輸出饋線還與貼片諧振器內(nèi)部分形三角形分形微擾的對稱軸相互垂直。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器， 其特征在于所述正面部分的金屬微帶貼片和反面部分的金屬鍍層的金屬材料均采用導(dǎo)電性能良好的金、銀或銅。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器， 其特征在于所述貼片諧振器是等腰直角三角形形狀。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器， 其特征在于等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部的三角形分形微擾是由一個等腰三角形缺陷構(gòu)成，而且等腰三角形缺陷不與等腰直角三角形貼片諧振器的邊界相接觸，整個濾波器成軸對稱圖形。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器， 其特征在于等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部的三角形分形微擾是由兩個上下相連的等腰三角形缺陷構(gòu)成的，兩個等腰三角形缺陷與等腰直角三角形貼片諧振器共有同一個對稱軸，上面的等腰三角形缺陷的頂點與等腰直角三角形貼片諧振器的頂點相重合，下面的等腰三角形缺陷的頂點位于上面等腰三角形缺陷底邊的中點上，整個濾波器成軸對稱圖形。
6、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于所述輸入饋線和輸出饋線的內(nèi)部分別有一個形狀為“1 ”或“「”的缺陷打破饋線的邊界，構(gòu)成激勵線，“1，，和“「”形缺陷的寬度是0. 2mm,且左右對稱。
7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器， 其特征在于所述金屬微帶貼片由上下對稱的兩個完全相同的等腰直角三角形貼片諧振器構(gòu)成，所述兩個等腰直角三角形貼片諧振器共用設(shè)置在兩者之間的輸入饋線和輸出饋線， 在兩個等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部設(shè)置有三角形分形微擾，整個濾波器上下左右均對稱。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器， 其特征在于每個等腰直角三角形貼片諧振器內(nèi)部的三角形分形微擾包括兩個不同大小的等腰三角形缺陷，上面的等腰三角形缺陷的頂點與等腰直角三角形貼片諧振器的頂點重合，下面的等腰三角形缺陷的頂點位于等腰直角三角形貼片諧振器的底邊中點上。
9、根據(jù)權(quán)利要求3、4、5、7、8所述的任意一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于所述輸入饋線和輸出饋線與等腰直角三角形貼片諧振器底邊的距離在0. Imm至0. 4mm之間。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，其特征在于所述輸入饋線和輸出饋線與等腰直角三角形貼片諧振器底邊的距離為 0. 2mmο
專利摘要本實用新型涉及基于分形缺陷結(jié)構(gòu)的等腰直角三角形微帶帶通濾波器，屬于微波通訊設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該濾波器可以由一個或兩個等腰直角三角形貼片構(gòu)成，貼片內(nèi)部做出一個或者兩個等腰三角形缺陷作為微擾來改善濾波器的性能，輸入、輸出饋線使用激勵線增強(qiáng)耦合。三角形微擾都是等腰三角形，可以通過改變分形微擾源的大小控制濾波器的工作頻率并展寬阻帶，減小干擾。本實用新型應(yīng)用單貼片諧振器實現(xiàn)濾波器，因此比傳統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)濾波器體積小，容易實現(xiàn)小型化，并有良好的實際效果。分形缺陷大大提高了濾波器的性能。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、易加工，造價低廉，適合規(guī)模化生產(chǎn)并可廣泛應(yīng)用于小型化的射頻通信系統(tǒng)中。
文檔編號H01P1/212GK202142626SQ20112020460
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者祖霄鵬, 肖建康 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)