一種基于左手材料的超寬帶限波濾波器的制作方法

本實用新型涉及通訊
技術領域：
，特別涉及一種超寬帶濾波器。
背景技術：
：超寬帶（UWB）技術是一種新型的無線通信技術。它通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進行直接調制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶通信系統不采用載波，而是利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，因此，其所占的頻譜范圍很寬，適用于高速、近距離的無線個人通信。美國聯邦通訊委員會(FCC)規定，超寬帶的工作頻段范圍從3.1GHz到10.6GHz，最小工作頻寬為500MHz。超寬帶（UWB）技術由于其技術特點及優勢，目前在軍事及民用通信領域都得到了廣泛的應用，并具有更廣泛的應用前景。濾波器是一種具有頻率選擇特性的二端口網絡,其基本作用是在電路和電子系統中使不同頻率的信號有選擇性地通過,以抑制不必要或有害的信號。在超寬帶通信系統中，限波濾波器的作用是有效濾除3.1GHz~10.6GHz頻帶內的其它系統工作信號。結構緊湊、性能優良、成本低的微波濾波器，是超寬帶系統小型化的要求，亦是技術進步和市場競爭的要求。目前，在超寬帶通信系統中，傳統的平面耦合濾波器，因尺寸過大，已經越來越不適應技術進步的需求。電磁波在自然存在的物質材料中傳播時，電場E、磁場H以及波矢量K均滿足右手螺旋關系，所以，自然界存在的材料均定義為右手材料。對應的，如果電磁波在某種材料中傳播時，其內部的電場E、磁場H以及波矢量K滿足左手螺旋關系，則這種材料就稱之為左手材料。事實上，左手材料在自然界中并不直接存在，目前只能是在自然存在的右手材料中，通過一定的設計，使之具備左手材料的特性，這樣的材料常常也直接稱之為左手材料。將左手材料的概念引入到微波濾波器的設計中，可以克服傳統材料濾波器設計中的一些限制（例如二分之一波長等），能有效減小濾波器的尺寸，改善濾波器的性能。技術實現要素：本實用新型的目的是提供一種基于左手材料的超寬帶限波濾波器，其結構緊湊，尺寸較小，能夠很好地滿足超寬帶無線通信系統小型化的需求。本實用新型為實現上述目的采用的技術方案是：一種基于左手材料的超寬帶限波濾波器，由一塊矩形的雙面覆銅微波介質基板刻蝕出不同的金屬結構而形成，金屬結構包括刻蝕在微波介質基板正面的金屬縫隙結構和刻蝕在介質基板背面的金屬條結構；金屬縫隙結構包括工字形金屬條及兩個矩形金屬板，工字形金屬條包括設置在微波介質基板縱長向相對兩側邊緣且相互平行的金屬臂Ⅰ和金屬臂Ⅱ，及垂直連接在金屬臂Ⅰ和金屬臂Ⅱ中部之間的金屬臂Ⅲ，兩個矩形金屬板分別位于金屬臂Ⅲ與金屬臂Ⅰ、金屬臂Ⅱ圍成兩個半封閉空間中，且兩個矩形金屬板對稱設置在金屬臂Ⅲ的兩側；金屬條結構是在微波介質基板縱長向呈王字形的金屬條結構，金屬條結構包括三條相互平行的金屬臂Ⅳ、金屬臂Ⅴ、金屬臂Ⅵ及垂直連接在金屬臂Ⅳ、金屬臂Ⅴ、金屬臂Ⅵ中部的金屬臂Ⅶ，金屬臂Ⅴ位于金屬臂Ⅳ、金屬臂Ⅵ之間且與正面的兩個矩形金屬板構成十字交叉耦合型結構，金屬臂Ⅳ、金屬臂Ⅵ、金屬臂Ⅶ的中部還分別有一段無金屬層覆蓋的開槽。本實用新型的進一步技術方案是：所述微波介質基板的厚度為0.8毫米，相對介電常數εr=2.55，介質損耗角正切tanδ=0.019。本實用新型刻蝕在介質基板正面金屬層上的結構，共面波導區段的金屬板，可作為系統的地；刻蝕在介質基板背面金屬層上的結構，是一對高阻抗彎曲線，是系統的信號輸入輸出線。上下兩層組成十字交叉耦合型結構，使濾波器具有左手特性，實現了如下有益效果：（1）結構緊湊，尺寸較小；（2）電氣性能得到進一步的改善。下面結合附圖和實施例對本實用新型基于左手材料的超寬帶限波濾波器作進一步的說明。附圖說明圖1是本實用新型基于左手材料的超寬帶限波濾波器的正面結構示意圖；圖2是本實用新型基于左手材料的超寬帶限波濾波器的背面結構示意圖；圖3是本實用新型基于左手材料的超寬帶限波濾波器的回波損耗S11、插入損耗曲線S21測試結果圖；圖4是本實用新型基于左手材料的超寬帶限波濾波器的駐波比（VSWR）測試結果圖；附圖標號說明：1-金屬臂Ⅰ,2-金屬臂Ⅱ,3-金屬臂Ⅲ,4-矩形金屬板,5-金屬臂Ⅳ,6-金屬臂Ⅴ,7-金屬臂Ⅵ,8-金屬臂Ⅶ。具體實施方式如圖1、圖2所示，本實用新型基于左手材料的超寬帶限波濾波器（簡稱“濾波器”），由一塊矩形的雙面覆銅微波介質基板刻蝕出不同的金屬結構而形成。微波介質基板長為L，寬為W，微波介質基板的厚度為0.8毫米，相對介電常數εr=2.55，介質損耗角正切tanδ=0.019。金屬結構包括刻蝕在微波介質基板正面的金屬縫隙結構和刻蝕在介質基板背面的金屬條結構。金屬縫隙結構包括工字形金屬條及兩個矩形金屬板4，工字形金屬條包括設置在微波介質基板縱長向相對兩側邊緣且相互平行的金屬臂Ⅰ1和金屬臂Ⅱ2，及垂直連接在金屬臂Ⅰ1和金屬臂Ⅱ2中部之間的金屬臂Ⅲ3。兩個矩形金屬板4分別位于金屬臂Ⅲ3與金屬臂Ⅰ1、金屬臂Ⅱ2圍成兩個半封閉空間中，且兩個矩形金屬板4對稱設置在金屬臂Ⅲ3的兩側。金屬條結構是在微波介質基板縱長向呈王字形的金屬條結構，金屬條結構包括三條相互平行的金屬臂Ⅳ5、金屬臂Ⅴ6、金屬臂Ⅵ7及垂直連接在金屬臂Ⅳ5、金屬臂Ⅴ6、金屬臂Ⅵ7中部的金屬臂Ⅶ8，金屬臂Ⅴ6位于金屬臂Ⅳ5、金屬臂Ⅵ7之間且與正面的兩個矩形金屬板4構成十字交叉耦合型結構，金屬臂Ⅳ5、金屬臂Ⅵ7、金屬臂Ⅶ8的中部還分別有一段無金屬層覆蓋的開槽。仿真結果表明，該結構濾波器具有很好的左手特性，能有效減少濾波器的尺寸，改善濾波器電氣性能。該濾波器通帶范圍為3.16~6.9GHz和9.08~12.13GHz，限波（阻帶）范圍為6.91~9.08GHz。顯然，該濾波器能在超寬帶（3.1~10.6GHZ）工作頻段內工作，同時能有效避免X波段（7.25~7.75GHz，7.9~8.4GHz）信號對超寬帶系統產生電磁的干擾。該設計利用左手材料的相位補償特性，突破了傳統濾波器設計的半波長限制，有效縮小了濾波器的尺寸。優化后濾波器的尺寸為7.2mm×15.8mm×0.8mm，結構緊湊，能較好地滿足超寬帶無線通信系統小型化的要求。本實用新型濾波器成功設計的一組幾何參數如下面表1所示。表1：濾波器一組幾何參數（尺寸參數單位為：毫米）。WLh1h2h3h4h5d115.87.20.870.871.263.26.40.6d2d3d4d5d6d7d8d917.470.51.43.26.50.3表1說明：表1為針對厚度為h=0.8毫米，相對介電常數εr=2.55，損耗角正切tanδ=0.019的微波介質基板得出的一組濾波器尺寸數據。對于其它厚度或不同物理參數的TaconicTLX(tm)材料，更改、調整以上數據，也可以設計出相應的超寬帶限波濾波器。附圖3是濾波器回波損耗和插入損耗的仿真結果，仿真工具：美國ANSOFT公司商用高頻仿真軟件HFSSV.10。由圖可見，在6.91~9.08GHz頻段，濾波器的回波損耗S11大于-10dB；其余在3.16~12.13GHz頻段，濾波器的回波損耗S11小于-10dB。顯然，所實用新型的濾波器在超寬帶（3.1~10.6GHz）頻段上可有效地濾除X波段信號，避免了X波段信號對超寬帶系統產生的電磁干擾。附圖4是濾波器駐波比（VSWR）的仿真結果，仿真工具：美國ANSOFT公司商用高頻仿真軟件HFSSV.10。由圖可見，在超寬帶所覆蓋的3.16~12.13GHz頻段內，當頻率范圍處于6.91~9.08GHz頻段內濾波器駐波比遠大于2，表明超寬帶濾波器在此范圍內具有良好的抑制信號作用。選用上述參數的微波介質基板，按表1尺寸參數在金屬面上刻蝕出濾波器圖案，并按一定精度要求刻蝕加工，即完成本實用新型超寬帶限波濾波器的制作。具體應用時，可將濾波器與系統集成制作在同一塊介質基板上。以上實施例僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的結構并不限于上述實施例列舉的形式，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3