[發(fā)明專利]十字形貼片雙模微帶帶通濾波器

有效

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• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103311614A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊麗娟;張友俊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學
• 主分類號: H01P1/203
• 分類號: H01P1/203
• 代理公司: 上海衡方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31234
• 代理人: 曹琪

[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及到微波通信領(lǐng)域，具體是涉及一種雙模微帶帶通濾波器。

[背景技術(shù)]

從電信發(fā)展的歷程來看，濾波器在微波電路中一直扮演著重要的角色，濾波器是無線電技術(shù)中諸多設(shè)計問題的核心，已逐步成為了許多領(lǐng)域開拓新進展的重要挑戰(zhàn)。濾波器在整個通信系統(tǒng)中具有不可替代的作用，然而電磁波的頻譜是有限的（微波的波長范圍為1m到1mm，其頻率范圍在300MHz到300GHz），且須按照應(yīng)用加以分配，此時濾波器作為一種選頻裝置，其根本功能在于抑制不需要的頻段的信號，而使需要的頻段信號順利通過。理想的濾波器應(yīng)該是這樣一種二端口網(wǎng)絡(luò)：在通帶范圍內(nèi)它能使信號完全傳輸，而在阻帶范圍內(nèi)他使信號完全不能傳輸。

隨著科技的進步、社會的發(fā)展和對濾波器的研究，高選擇性、低損耗和小型化成為了濾波器研究的重點和濾波器發(fā)展的必然趨勢。從實用的角度出發(fā)，對所有手持式電子設(shè)備，如便攜移動電話等，微型化是一個重要的研究課題。在射頻部分，雖然單片微波集成電路（MMIC）的出現(xiàn)預(yù)示著射頻有源電路如放大器、調(diào)制器、頻率轉(zhuǎn)換器的微型化越來越成為可能。但對射頻濾波器和振蕩器等含有諧振器的電路的尺寸縮小的優(yōu)化方面還存在許多有待解決的問題。因此，濾波器的小型化和性能的提高將繼續(xù)是兩大重要課題。微波濾波器小型化通常采用的幾種方法：1、采用高介電常數(shù)材料減小濾波器的尺寸。2、采用慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計微帶濾波器。3、采用多層技術(shù)減小濾波器的體積。4、采用雙模諧振器設(shè)計濾波器等。

由于微帶諧振器易于和其它微波電路集成的優(yōu)點，成為目前開發(fā)微波元器件的熱點。雙模諧振器是微波帶通濾波器小型化最有效的手段之一，其原理在于：在單個諧振器中通過加入一些微擾（比如開槽、切角或加入小的貼片、內(nèi)切角等），會改變原正交簡并模的電場分布，使得一對正交簡并模之間發(fā)生耦合，兩個耦合簡并模的作用相當于兩個耦合諧振器，從而在保持諧振回路不變的情況下，使諧振器的個數(shù)減少一半，通過改變這些微擾的大小可以對耦合強度進行控制，通過改變貼片的大小和外形直徑來設(shè)計濾波器，結(jié)構(gòu)簡單。主要包括波導(dǎo)雙模諧振器、介質(zhì)雙模諧振器和微帶雙模諧振器。常用微帶諧振器可以是圓形、方形、環(huán)形或折線等形式。

從現(xiàn)有文獻來看,已經(jīng)研究的微帶雙模諧振器(濾波器)主要包括:圓形、方形、圓環(huán)形、方環(huán)形、折線形環(huán)、三角形等。

[發(fā)明內(nèi)容]

本發(fā)明的主要目的是，提供一種新型拓撲結(jié)構(gòu)的貼片型微帶帶通濾波器。

本發(fā)明提出一種全新的微帶帶通濾波器拓撲結(jié)構(gòu),采用麥克斯韋方程證明此拓撲結(jié)構(gòu)，對于實際情況，由于很難或無法用麥克斯韋方程從理論上來證明，只能采用數(shù)值方法來證明，學術(shù)和工程上常采用的方法是利用商用的高頻電磁仿真軟件進行電磁仿真來證明、優(yōu)化。本文設(shè)計過程中，通過三維電磁仿真軟件HFSS建模仿真，將上下臂設(shè)置為電壁、四周設(shè)置為磁臂等效為微波腔體模型進行十字形貼片結(jié)構(gòu)的本征模仿真，得到了如圖3所示的十字形貼片建模和表1所示的十字形貼片諧振器內(nèi)簡并模的諧振頻率，圖4和圖5給出了十字形模式1和模式2的電場分布情況（其中，箭頭顏色越深處表示電場越強），從而證實了所發(fā)明的十字形貼片諧振器內(nèi)存在一對相互正交的簡并模。

表1十字形貼片諧振器內(nèi)的模式諧振頻率

模式諧振頻率模式14.22149模式24.22149

商用的高頻電磁仿真軟件有多種，我們采用的是HFSS對提出的拓撲結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，圖6給出了所發(fā)明十字形貼片微帶帶通濾波器的S參數(shù)仿真圖。再將優(yōu)化的結(jié)構(gòu)制成樣品，如圖11所示，給出了十字形貼片實測S參數(shù)曲線。因此，用仿真的方法設(shè)計了十字形貼片雙模微帶帶通濾波器，并且通過加工實物圖并加以測試的方法證實該濾波器拓撲結(jié)構(gòu)的可行性。