基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器。该滤波器包括至少一个滤波单元，该滤波单元包括介质基板、传输线、互补开口谐振环和开环谐振器；其中传输线位于介质基板的顶层，加载了级联缝隙电容，且中间开有缝隙；开环谐振器也位于介质基板的顶层，并与传输线共面且位于传输线下方；互补开口谐振环位于介质基板的底层，且由同心的内环和外环构成，内环和外环的开口位置相反。本发明专利技术提供的滤波器在传统互补开口谐振环的基础上引入开环谐振器，在通带高端产生传输零点，改善了带外抑制特性和频率响应的不对称性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器。
技术介绍
在一个通信系统中，在有源电路的输入输出级之间普遍存在滤波器，各滤波器有各自不同的功能。滤波器为无线通信系统一个不可缺少的器件，它的性能好坏直接关系整个系统的通信质量。滤波器的功能包括：避免由于发射端输出信号泄露而使接收器前端饱和；除去如镜频一类的干扰信号；减小来自天线端的本机振荡器的功率泄露；以及削弱同时存在的不同通信系统间的干扰等。随着无线通信的发展，滤波器研究不断地取得新进展。现代蜂窝移动通信、无线局域网为代表的无线通信技术的发展，就会对部分相邻频段的频率选择产生干扰。一方面，需要对这些干扰进行抑制以提高系统的性能。另一方面，在某些场合也需要对上述无线干扰进行削弱以保护其它系统正常工作，例如当飞机导航系统工作时，就要求对飞机上用于无线接入目的的上述信号进行削弱。因此，如何设计性能优越的滤波器就显得非常必要。目前，业内普遍使用的超材料传输线有两种。(一)复合左/右手传输线结构代替传统传输线，从集总等效传输线理论角度重构电路结构，通过传统传输线加载集总电容、电感构造超材料传输线，产生等效的负介电常数和负磁导率。由于寄生右手效应的不可避免，在某些频率范围内加载集总电抗元件呈主导作用，表现左手传播特性，具有负的等效介电常数、磁导率和相速；在某些频率范围内寄生右手效应呈主导作用，表现为右手传播特性，具有正的等效介电常数、磁导率和相速，因此也称为复合左右手传输线(Composite Right/Left-Hand Transmission Lines,CRLH TLs)。(二)谐振式结构，一种结构是在周期性加载并联金属线的共面波导(Coplanar Waveguides,CPW)背面蚀刻开口谐振环(Spilt Ring Resonators,SRR)。SRRs是小尺寸谐振器，产生等效负磁导率。并联金属线产生等效负介电常数。另一种结构是SRR的互补型结构的互补开口谐振环(Complementary Spilt Ring Resonators,CSRR)，通过在微带线地平面蚀刻SRR结构，在其谐振频率附近的窄带内产生一个传输禁带，该现象由等效负介电常数引起。通过在结构中增加级联的电容缝隙可以产生等效负磁导率，使传输禁带变为传输通带，可以传输后向波，从而实现超材料传输线。滤波器的带外抑制没有做好，有时候可能会导致系统受到寄生响应和互调失真或谐波而造成多种干扰问题。因此，滤波器对带外噪声的抑制成为通信系统噪声性能好坏的关键。基于传统CSRR结构设计的带通滤波器具有尺寸小，通带低端选择性良好等优点，然而，较差的通带高端带外抑制性和频率响应的高度不对称性严重制约了其在微波毫米波电路系统中的应用。因此，其实际应用价值比较有限。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器，用以解决现有技术中滤波器通带高端带外抑制性差和频率响应高度不对称的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，提出了一种基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器，包括至少一个滤波单元，所述滤波单元包括介质基板、传输线、互补开口谐振环和开环谐振器；其中所述传输线位于所述介质基板的顶层，加载了级联缝隙电容，且中间开有缝隙；所述开环谐振器也位于所述介质基板的顶层，并与所述传输线共面且位于传输线下方；所述互补开口谐振环位于所述介质基板的底层，且由同心的内环和外环构成，所述内环和外环的开口位置相反。可选地，传输线的宽度为2-3mm，缝隙宽度为0.3-0.4mm。可选地，互补开口谐振环的外环半径为6.5-7.5mm，环宽为0.6-0.8mm，内外环间距为0.8mm，环开口宽度为0.7-1.0mm。可选地，互补开口谐振环与所述传输线的间距为0.1mm。可选地，开环谐振器为方环结构，开口位于所述开环谐振器的下方，且相邻的边长的长度不同。可选地，开环谐振器的方环的周长依据需要的工作频段而确定，开环谐振器的结构线宽为1mm，方环的长边长度为17-20mm，方环的短边长度为4-6mm。可选地，传输线的宽度为2mm，缝隙宽度为0.4mm；互补开口谐振环的外环半径为6.5mm，环宽为0.8mm，内外环间距为0.8mm，环开口宽度为0.7mm；开环谐振器的结构线宽为1mm，方环的长边长度为17.58mm，方环的短边长度为4.3mm。可选地，传输线的宽度为3mm，缝隙宽度为0.3mm；互补开口谐振环的外环半径为7.46mm，环宽为0.6mm，内外环间距为0.8mm，环开口宽度为0.97mm；开环谐振器的结构线宽为1mm，方环的长边长度为19.1mm，方环的短边长度为5.5mm。进一步地，超材料微波滤波器还包括馈线，其中馈线连接于传输线的两侧并进行馈电。可选地，馈线为50欧姆。本专利技术有益效果如下：本专利技术提供的滤波器在传统CSRR的基础上引入开环谐振器(Open Loop Resonators，OLR)，在通带高端产生传输零点，改善了带外抑制特性和频率响应的不对称性。本专利技术提供的滤波器的单元结构中虽然引入了OLR，但其横向尺寸并未增加，有利于滤波器的小型化设计。本专利技术提供的滤波器整体结构简单，没有金属化过孔等复杂结构，易于加工。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为根据本专利技术的基于开口谐振环结构的平面超材料微波滤波器的一个实施例的示意图；图2为根据本专利技术的基于开口谐振环结构的平面超材料微波滤波器的另一实施例的示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的各个实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。根据本专利技术的基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器包括至少一个滤波单元。下面将参照图1描述仅包括一个滤波单元的超材料微波滤波器的结构。参见图1，基于开口谐振环结构的平面超材料微波滤波器包括一个滤波单元。该滤波单元具备三层结构，其中顶层为覆铜带线结构、中间层为介质基板5、底层为覆铜缺陷地结构。进一步地，顶层的覆铜带线结构包括传输线2和OLR 3，底层的覆铜缺陷地结构蚀刻有CSRR 4。由此可见，该滤波单元包括传输线2、OLR 3、CSRR 4和介质基板5。传输线2位于介质基板5的顶层，加载了级联缝隙电容，且中间开有缝隙。OLR 3也位于介质基板5的顶层，与传输线2共面且位于传输线下方。CSRR 4位于介质基板5的底层，且由同心的内环和外环构成，所述内环和外环的开口位置相反。传输线2、OLR 3和CSRR 4通过感性耦合加载于介质基板5上。可选地，OLR 3为方环结构，开口位于所述开环谐振器的下方，且相邻的边长的长度不同。OLR 3的方环的周长依据需要的工作频段而确定，这里，传输线2用于为滤波单元传递能量；OLR 3用于在通带高端产生传输零点，提高带外抑制特性；CSRR 4用于实现通带，并在低端产生传输零点。在此滤波单元的基础上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器，包括至少一个滤波单元，所述滤波单元包括介质基板、传输线、互补开口谐振环和开环谐振器；其中所述传输线位于所述介质基板的顶层，加载了级联缝隙电容，且中间开有缝隙；所述开环谐振器也位于所述介质基板的顶层，并与所述传输线共面且位于传输线下方；所述互补开口谐振环位于所述介质基板的底层，且由同心的内环和外环构成，所述内环和外环的开口位置相反。

【技术特征摘要】
1.一种基于开口谐振环结构的超材料微波滤波器，包括至少一个滤波单元，所述滤波单元包括介质基板、传输线、互补开口谐振环和开环谐振器；其中所述传输线位于所述介质基板的顶层，加载了级联缝隙电容，且中间开有缝隙；所述开环谐振器也位于所述介质基板的顶层，并与所述传输线共面且位于传输线下方；所述互补开口谐振环位于所述介质基板的底层，且由同心的内环和外环构成，所述内环和外环的开口位置相反。2.根据权利要求1所述的超材料微波滤波器，其中所述传输线的宽度为2-3mm，缝隙宽度为0.3-0.4mm。3.根据权利要求1所述的超材料微波滤波器，其中所述互补开口谐振环的外环半径为6.5-7.5mm，环宽为0.6-0.8mm，内外环间距为0.8mm，环开口宽度为0.7-1.0mm。4.根据权利要求1所述的超材料微波滤波器，其中所述互补开口谐振环与所述传输线的间距为0.1mm。5.根据权利要求1所述的超材料微波滤波器，其中所述开环谐振器为方环结构，开口位于所述开环谐振器的下方，且相邻的边长的长度不同。6.根据权利要求5所述的超材料微波滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明芳，何小煜，张洪建，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十六研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33