[发明专利]一种基于左右手复合传输线和谐振环耦合的带通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于混合微波集成电路和单片微波集成电路的微带线带 通滤波器，属于微波通讯领域。

背景技术

微带线是混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)中使 用最多的一种平面传输线。它可以用光刻工艺制作，且容易与其他无源微波电路 和有源微波器件连接，实现微波电子系统的小型化，集成化，因此受到了本领域 的广泛关注、积极研究和实际应用。结构最简单的微带线是在下底板敷一层金属 作接地板，上表面由位于接地板中心对称面上的中心导(体)带构成，导带和接 地板之间可以是空气或填充其他介质。1999年，英国皇家学院J.B.Pendry提出 利用开口谐振环构造磁导率为负的人工媒质，这一结构可以形成和电子带隙类似 的光子带隙，能禁止能量在带隙范围内的光子的传播。开口谐振环的在其谐振频 率附近的一个很窄的频率范围内可以抑制信号传播，利用这一思想许多科研工作 者把开口谐振环与微带线结合起来设计带阻或带通滤波器。2005年，西班牙人 I.Gil等人首次在微带线上表面的金属导带上周期性打孔(此孔为金属化孔，贯 穿于微带线的上表面和下表面以及介质层)，在导带两边放置的开口谐振环这一 技术实现了带通滤波。但是底板打孔的技术具有以下三个主要缺点：1)不利于 封装和实现微波集成电路：为了保持元件的性能，必须使得打空的接地板远离其 他金属物。2)泄漏很大，以至于通带内的插入衰减很大。3)带外抑制不够好， 且品质因子不够高。以上的技术都无法实现微波电路的集成的效果。

发明内容

本发明的目的在于公开一种传输线结构的带通滤波器，这种带通滤波器结构 设计简单、封装容易，可实现小型化，适用于微波集成电路。

为了达到上述目的，本发明的微带线结构包括包括SMA头、介质基片、金属 膜，介质基片的上表面按使用需求设计制作周期性排列的左右手复合传输线和开 口谐振环，且谐振环分布在左右手复合传输线的两侧，左右手复合传输线与介质 基片两端通过上表面金属导带和下表面金属膜用焊锡固接在SMA头，其特征是： 左右手复合传输线是由周期性断开的金属块按直线的方式排列组成的金属导带 以及金属导带的断开的金属导带之间空隙处焊接的电容，和在每块金属块中心埋 入的电感构成，电感焊接在上表面金属块和下表面的金属膜之间。

开口谐振环之间、开口谐振环与左右手复合传输线之间的间距是相等的或者 按使用要求设计成不全相等，以便方便的调节想要得到的带通滤波器的工作频率 以及其它要求(带外抑制、品质因子、插入衰减等)。

开口谐振环的形状是矩形或方形时能增强开口谐振环与左右手复合传输线 间的耦合。

本发明的左右手复合传输线结构谐振环设计的带通滤波器结构具有如下的 效果和优点：

1.由于本发明的左右手复合传输线是在微带线上表面的金属导带上周期性 加载电容电感，其分别把电容和电感串联和并联到电路中，因此能用于混合微波 集成电路和单片微波集成电路的微带线带通滤波器，而在微带线上表面的金属 导带上周期性打孔做成的带通滤波器是无法用于微波集成电路。

2.由于本发明分别把电容和电感串联和并联到电路中，左右手复合传输线和 开口谐振环形成的带隙的物理性质与现有技术不一样，可以根据需要设计结构使 两者的带隙重合出现传播模，达到很好的滤波效果，因此，本发明作为滤波功能 的传播模的插入衰减很小，经实际测量S₂₁很高，不易泄漏。

3.当改变其环与中间的左右手复合传输线的间距或者其中一个环的大小时， 可以方便的改变通带的工作频率和插入损耗。

4.由于本发明的矩形可以在保持环的纵向尺寸不变的情况下利用环的横向 尺寸，有效的缩小元件占用面积，在一定程度上可以实现元件的小型化。

5.与现有的滤波器相比，本发明结构简单，滤波目的易调，容易达到理想的 小型化程度，可广泛用做一定的工作频带内的滤波，也可用在天线上用于产生高 方向性。

附图说明

图1为本发明的3个开口谐振环的带通滤波器结构俯视示意图

图2本发明的3个开口谐振环的带通滤波器结构剖面示意图

图3为本发明作为带通滤波器的实验和模拟值示意图

图4为本发明的5个开口谐振环的带通滤波器结构俯视示意图

图5为图4的实验和模拟值示意图

图中：