[实用新型]超宽带太赫兹波纹滤波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及波导滤波器研究领域，尤其涉及超宽带太赫兹波纹滤波器。

背景技术

随着超宽带技术的发展，超宽带滤波器也变得越来越重要，对超宽带滤波器的要求也越来越高，新技术、新工艺的出现使得超宽带滤波器的设计理论也不断丰富和完善，但目前超宽带滤波器结构的发展主要集中在微带线、悬置微带线以及共面波导中，这些结构主要应用在低频段或者微波、毫米波频段，当通信频段升到太赫兹频段以后这些结构就会面对诸如设计结构选择少、加工难、加工精度低以及实物测试结果恶化严重等一系列的问题，因此在高频频段的滤波器主要使用波导传输元件设计，例如E面金属膜片波导滤波器、H面电感膜片滤波器、鳍线滤波器等，这些波导滤波器设计简单、加工方便、易批量生产且具有较高的Q值和良好的滤波特性等优点而在毫米波频段获得了广泛的应用，但在太赫兹频段由于波长变得很短，上述形式滤波器的各项尺寸会变得很小，造成实物结构不稳定、安装误差较大，且国内的加工精度已无法满足设计的需求，更重要的是上述波导结构想要做到超宽带是很困难的。

随着无线通信技术及无线多媒体业务的飞速发展，超宽带（UWB）技术受到越来越多研究人员的关注，超宽带以其高速率、低功耗、高保密性以及抗干扰能力强等优点，具有非常广阔的应用前景和相当巨大的市场价值。虽然美国军方以及航空界对于开放超宽带频段民用仍然存在着意见分歧，但是由于超宽带技术潜在的诱人的应用前景，美国联邦通讯委员会（FCC）于2002年2月批准了超宽带技术在短距离无线通信领域的应用。这为超宽带技术产品的商业化应用打开了大门，促进了超宽带系统及其器件研究的进展。由于超宽带技术可适用的领域十分广泛，为了便于管理，FCC将超宽带系统分为三类：一是成像系统，包括地面穿透雷达系统、墙壁成像系统、墙壁穿透成像系统、监视系统和医疗成像系统；二是车载雷达系统；三是室内超宽带系统。

目前国内外超宽带滤波器设计的主要方法有：

1. 微带多模谐振器法

所谓多模谐振器是指在通带内有多个谐振模式的谐振器。多模谐振器有很多种形式，其中最早应用于超宽带滤波器的为半波长阶跃阻抗谐振器（SIR），其原理是利用SIR阻抗比和电长度来控制基频和谐波位置，使得谐振器的多个谐振点分布于整个超宽带内，然后通过平行耦合线馈电，实现平坦的超宽带特性。

2. 混合微带/共面波导法

微带与共面波导混合结构可充分利用微带线上下两层空间，使电路更加紧凑，同时，微带与共面波导正对，两者间的电磁场耦合非常强，可方便实现所需要的强耦合，常见的混合结构是微带馈电共面波导谐振器超宽带滤波器，电路采用微带馈线，同时引入了源负耦合，从而在上下阻带产生多个零点。宽边耦合结构在通带内产生多个极点，使得滤波器通带内反射损耗降低。共面波导的间隙宽度影响传输线特性阻抗，从而可用来改变耦合线的阻抗，来控制谐振器各谐振峰的位置。

3.滤波器级联方法

滤波器级联技术是实现超宽带较为简单和有效的方法。通过把一个高通滤波器和一个低通滤波器串联，实现超宽带特性。这种方法实现的电路简单，方法比较直观，同时实现的滤波器阻带比较宽。

但当频段上升到毫米波乃至太赫兹频段时上述三种比较主流的结构已不再实用，而是改用波导传输元件实现滤波器特性，其中应用最广泛的是金属膜片插入波导、纯腔体波导、鳍线插入波导等滤波器结构，这些结构构成的滤波器都是通过在波导内引入不连续结构实现相应的感抗元件，并与相应频段的谐振腔进行级联来实现滤波功能，比如E面金属膜片波导滤波器就是在标准波导的宽面中央插入金属膜片，通过金属膜片的长度控制多个谐振腔之间的耦合来实现滤波功能，但这种插入式滤波器在高频频段会面对插入的金属膜片或者基片会变得很小，且易形变等一系列的问题。

现有的超宽带滤波器结构主要是应用在低频频段的设计，其结构在高频段不易加工，装配误差大，加工精度要求过高，存在于高频频段的波导滤波器结构很多也具有上述的问题，比如现有的E面金属膜片波导滤波器随着频率的升高金属膜片的尺寸会变得很小，特别是金属膜片的第一级金属膜片长度减小更加剧烈，在高频频段，第一级金属膜片长度太短不易加工、实物易变形断裂，且插入型波导滤波器结构因在腔体内存在电流消耗元件会造成插入损耗的恶化。

综上所述，本申请实用新型人在实现本申请实施例中实用新型技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的超宽带太赫兹波导滤波器存在结构不稳定、安装误差较大，不易加工加工精度要求较高，较难实现超宽带的技术问题。