[发明专利]十字形贴片双模微带带通滤波器

说明书

[技术领域]

本发明涉及到微波通信领域，具体是涉及一种双模微带带通滤波器。

[背景技术]

从电信发展的历程来看，滤波器在微波电路中一直扮演着重要的角色，滤波器是无线电技术中诸多设计问题的核心，已逐步成为了许多领域开拓新进展的重要挑战。滤波器在整个通信系统中具有不可替代的作用，然而电磁波的频谱是有限的（微波的波长范围为1m到1mm，其频率范围在300MHz到300GHz），且须按照应用加以分配，此时滤波器作为一种选频装置，其根本功能在于抑制不需要的频段的信号，而使需要的频段信号顺利通过。理想的滤波器应该是这样一种二端口网络：在通带范围内它能使信号完全传输，而在阻带范围内他使信号完全不能传输。

随着科技的进步、社会的发展和对滤波器的研究，高选择性、低损耗和小型化成为了滤波器研究的重点和滤波器发展的必然趋势。从实用的角度出发，对所有手持式电子设备，如便携移动电话等，微型化是一个重要的研究课题。在射频部分，虽然单片微波集成电路（MMIC）的出现预示着射频有源电路如放大器、调制器、频率转换器的微型化越来越成为可能。但对射频滤波器和振荡器等含有谐振器的电路的尺寸缩小的优化方面还存在许多有待解决的问题。因此，滤波器的小型化和性能的提高将继续是两大重要课题。微波滤波器小型化通常采用的几种方法：1、采用高介电常数材料减小滤波器的尺寸。2、采用慢波结构设计微带滤波器。3、采用多层技术减小滤波器的体积。4、采用双模谐振器设计滤波器等。

由于微带谐振器易于和其它微波电路集成的优点，成为目前开发微波元器件的热点。双模谐振器是微波带通滤波器小型化最有效的手段之一，其原理在于：在单个谐振器中通过加入一些微扰（比如开槽、切角或加入小的贴片、内切角等），会改变原正交简并模的电场分布，使得一对正交简并模之间发生耦合，两个耦合简并模的作用相当于两个耦合谐振器，从而在保持谐振回路不变的情况下，使谐振器的个数减少一半，通过改变这些微扰的大小可以对耦合强度进行控制，通过改变贴片的大小和外形直径来设计滤波器，结构简单。主要包括波导双模谐振器、介质双模谐振器和微带双模谐振器。常用微带谐振器可以是圆形、方形、环形或折线等形式。

从现有文献来看,已经研究的微带双模谐振器(滤波器)主要包括:圆形、方形、圆环形、方环形、折线形环、三角形等。

[发明内容]

本发明的主要目的是，提供一种新型拓扑结构的贴片型微带带通滤波器。

本发明提出一种全新的微带带通滤波器拓扑结构,采用麦克斯韦方程证明此拓扑结构，对于实际情况，由于很难或无法用麦克斯韦方程从理论上来证明，只能采用数值方法来证明，学术和工程上常采用的方法是利用商用的高频电磁仿真软件进行电磁仿真来证明、优化。本文设计过程中，通过三维电磁仿真软件HFSS建模仿真，将上下臂设置为电壁、四周设置为磁臂等效为微波腔体模型进行十字形贴片结构的本征模仿真，得到了如图3所示的十字形贴片建模和表1所示的十字形贴片谐振器内简并模的谐振频率，图4和图5给出了十字形模式1和模式2的电场分布情况（其中，箭头颜色越深处表示电场越强），从而证实了所发明的十字形贴片谐振器内存在一对相互正交的简并模。

表1十字形贴片谐振器内的模式谐振频率

模式谐振频率模式14.22149模式24.22149

商用的高频电磁仿真软件有多种，我们采用的是HFSS对提出的拓扑结构进行优化，图6给出了所发明十字形贴片微带带通滤波器的S参数仿真图。再将优化的结构制成样品，如图11所示，给出了十字形贴片实测S参数曲线。因此，用仿真的方法设计了十字形贴片双模微带带通滤波器，并且通过加工实物图并加以测试的方法证实该滤波器拓扑结构的可行性。