專利名稱：一種帶阻濾波器設計方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于電磁波領域，具體地涉及一種帶阻濾波器設計方法和系統。
背景技術：
眾所周知，帶阻濾波器特點在于減弱(或減少)一定頻率范圍信號，但容許頻率低于下限截止頻率和高于上限截止頻率的信號的通過 ，且，由于周期結構可以控制電磁波的傳輸，近幾年周期結構的物理性質和應用得到了人們的極大關注，比如頻率選擇表面(FSS)和光子帶隙材料。對于帶阻濾波器的設計，一般采取利用波導上附加揩振單元的結構來做成，采用周期性排列的金屬貼片單元或金屬屏上周期性的開孔單元構成的一種二維周期陣列結構，如直接接觸式開關組成的單元諧振單元電路沿共面波導中心傳輸線方向周期性排列來達到帶阻濾波的目的。而隨著通信行業的發展，尋找一種更簡單、更小型化的帶阻濾波器成為人們的追求。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，提供更簡單、更小型化的帶阻濾波器設計方法和系統。本發明解決其技術問題所采用的第一個技術方案是提供一種帶阻濾波器設計方法，包括SI.確定所需濾波頻率區段；S2.選擇基材以及人造微結構,組合成單元結構,測試所述單元結構電磁參數；S3.判斷所述的濾波頻率區段與所述的單元結構的電磁參數能否濾波匹配，若否，則回到S2 ；S4.仿真所述的帶阻濾波器。在本發明所述的帶阻濾波器設計方法中，所述的步驟S3后還包括步驟S31，用于根據所述帶阻濾波頻率區段確定單元結構周期。在本發明所述的帶阻濾波器設計方法中，所述的步驟S3后還包括步驟S32，對帶阻濾波頻率區段外的電磁波根據所述電磁參數進行阻抗匹配。在本發明所述的帶阻濾波器設計方法中，所述的電磁參數包括介電常數以及磁導率。在本發明所述的帶阻濾波器設計方法中，所述的人造微結構為具有圖案的附著在基材上的金屬線。在本發明所述的帶阻濾波器設計方法中，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。在本發明所述的帶阻濾波器設計方法中，所述金屬線呈三維雪花狀、“工”字型或“工”字型的衍生型。本發明解決其技術問題所采用的第二個技術方案是提供一種帶阻濾波器設計系統，包括濾波頻率輸入模塊用于確定所需濾波頻率區段；電磁參數選擇模塊與所述的濾波頻率輸入模塊相連，用于根據所述的頻率區段選擇帶阻濾波器的電磁參數；
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仿真模塊與所述的電磁參數選擇模塊相連，用于根據所述的電磁參數選擇基材以及從數據庫中選擇人造微結構進行匹配性仿真。在本發明所述的帶阻濾波器設計系統中，所述帶阻濾波器設計系統還包括單元結構周期選擇模塊，用于根據所述帶阻濾波頻率區段確定單元結構周期。在本發明所述的帶阻濾波器設計系統中，所述帶阻濾波器設計系統還包括阻抗匹配模塊，用于對帶阻濾波頻率區段外的頻率根據所述電磁參數進行阻抗匹配。根據本發明的帶阻濾波器設計方法以及系統中，利用一種某一頻率區段電磁波在各個方向都能受禁的范圍設計和制造帶阻濾波器，從而讓傳統的帶阻濾波器更簡單、更小型化。
圖I為本發明帶阻濾波器設計方法流程圖；圖2為本發明帶阻濾波器設計系統結構方框圖。
具體實施例方式為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本發明實施例一，一種帶阻濾波器設計方法，包括SI.確定所需濾波頻率區段；帶阻濾波器本質上是個選頻元件，換句話說，帶阻濾波器是讓限定的頻帶之外的信號分量通過，而對該頻帶之內的信號分量大大抑制的元件。理想帶阻濾波器在阻帶內的增益為零。帶阻濾波器的中心頻率fo和抑制帶寬BW之間的關系為Q = V(^f1),fo= -、r;:f,Bff = fh-fpQ為品質因數，fh為帶阻濾波器的上限頻率，為帶阻濾波器的下限頻率，其中fh>f\。帶寬BW越窄，品質因數Q越高。S2.選擇基材以及人造微結構,組合成單元結構,測試所述單元結構電磁參數；超材料(metamaterial)作為一種材料設計理念以及研究前沿,越來越引起人們的關注，所謂超材料，是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料，通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通的超常材料功能。超材料由基材和設置上基材上的多個人造微結構組成，可以提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。單個人為結構大小一般小于1/10個波長，其對外加電場和/或磁場具有電響應和/或磁響應，從而具有表現出等效介電常數和/或等效磁導率，或者等效折射率和波阻抗。人為的結構的等效介電常數和等效磁導率(或等效折射率和波阻抗)由單元幾何尺寸參數決定，可人為設計和控制。并且，人為結構可以具有人為設計的各向異性的電磁參數，從而產生許多新奇的現象，為實現電磁波的影響提供了可能。在本發明的超材料中，基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。優選地，選用FR4、F4B、聚四氟乙烯，這類材料電絕緣性非常好，因此不會對電磁波的電場產生干擾，并且具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性，使用壽命長，作為人造微結構附著的基材是很好的選擇。在本發明中，所述的人造微結構為一具有圖案的附著在基材上的金屬線，金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上，優選地，金屬線為銅線或銀線，一般情況下，金屬線呈三維雪花狀、“工”字型或“工”字型的衍生型，基材分成若干晶格，人造微結構置于晶格中，人造微結構與所占用的晶格組成一個單元結構，整個單元結構對電磁波進行調制，故應作為整體測試對電磁波的影響。
S3.判斷所述的濾波頻率區段與所述的單元結構的電磁參數能否濾波匹配，若否，則回到S2 ；本發明中，只要對電磁波有影響的人造微結構均可以加以檢測，進行計算機仿真試驗，若與選定的頻率段比較后，所選定的頻率段的電磁波不能通過，而頻率外的電磁波可以通過，則進入下一步驟，否則回到S2步驟，繼續尋找合適的人造微結構和基材，以便達成帶阻濾波的目的，這個過程利用計算機來完成，看似復雜，其實很快就會完成運算的。S31，確定單元結構周期；當單元結構與帶阻頻率匹配后，為了更好的帶阻濾波效果，通常采用周期性的單元結構，這樣的排布，可以對電磁波帶阻得更完全，更徹底。S32，對帶阻濾波頻率區段外的電磁波根據所述電磁參數進行阻抗匹配；為了讓需要的電磁波信號能無損失地通過，應對帶阻濾波器的輸入輸出部分進行設計，因為在電磁波從發射端傳播至接收端過程中，能量的損耗直接影響電磁信號傳播的距離以及傳輸信號的質量。當電磁波經過同一介質時，基本沒有能量的損失；而當電磁波經過不同介質的分界面時，會發生部分反射現象。通常兩邊介質的電磁參數(介電常數或者磁導率)差距越大反射就會越大。由于部分電磁波的反射，沿傳播方向的電磁能量就會相應損耗，嚴重影響電磁信號傳播的距離和傳輸信號的質量。因此，我們應對帶阻輸入部分及輸出部分單元進行阻抗設計，即元件的單元結構的阻抗沿帶阻濾波器厚度方向呈連續變化，組成輸入部分單元結構及輸出部分單元結構的各單元格的阻抗分別與輸入部分單元結構及輸出部分單元結構各自相接觸的第一介質或第二介質對應位置的阻抗相同。S4.仿真所述的帶阻濾波器；仿真的帶阻濾波器，可以圖像形式加以顯示后存貯，然后，以工藝的方式加以制造。請參閱圖2，本發明實施例二，一種帶阻濾波器設計系統，包括濾波頻率輸入模塊10、電磁參數選擇模塊20、匹配判斷模塊30、周期選擇模塊40、阻抗匹配模塊50、帶阻濾波器仿真模塊60。濾波頻率輸入模塊10用于確定所需濾波頻率區段；電磁參數選擇模塊20與濾波頻率輸入模塊10相連，用于選擇基材以及人造微結構，組合成單元結構，測試所述單元結構電磁參數；匹配判斷模塊30與電磁參數選擇模塊20相連，用于判斷所述的濾波頻率區段與所述的單元結構的電磁參數能否濾波匹配；帶阻濾波器仿真模塊60與匹配判斷模塊30相連，用于仿真所述的帶阻濾波器。優選地，帶阻濾波器設計系統還包括周期選擇模塊40，與匹配判斷模塊30相連，用于根據所述帶阻濾波頻率區段確定單元結構周期；阻抗匹配模塊50，與周期選擇模塊40相連，用于對帶阻濾波頻率區段外的頻率根據所述電磁參數進行阻抗匹配。根據本發明的帶阻濾波器設計方法以及系統中，利用一種某一頻率區段電磁波在各個方向都能受禁的范圍設計和制造帶阻濾波器，從而讓傳統的帶阻濾波器更簡單、更小 型化。上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種帶阻濾波器設計方法，其特征在于，包括 51.確定所需濾波頻率區段； 52.選擇基材以及人造微結構,組合成單元結構,測試所述單元結構電磁參數； 53.判斷所述的濾波頻率區段與所述的單元結構的電磁參數能否濾波匹配， 若否，則回到S2; 54.仿真所述的帶阻濾波器。
2.根據權利要求I所述的帶阻濾波器設計方法，其特征在于，所述的步驟S3后還包括步驟S31，用于根據所述帶阻濾波頻率區段確定單元結構周期。
3.根據權利要求I所述的帶阻濾波器設計方法，其特征在于，所述的步驟S3后還包括步驟S32，對帶阻濾波頻率區段外的電磁波根據所述電磁參數進行阻抗匹配。
4.根據權利要求I所述的帶阻濾波器設計方法，其特征在于，所述的電磁參數包括介電常數以及磁導率。
5.根據權利要求I所述的帶阻濾波器設計方法，其特征在于，所述的人造微結構為具有圖案的附著在基材上的金屬線。
6.根據權利要求5所述的帶阻濾波器設計方法，其特征在于，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。
7.根據權利要求5所述的帶阻濾波器設計方法，其特征在于，所述金屬線呈三維雪花狀、“工”字型或“工”字型的衍生型。
8.—種帶阻濾波器設計系統，其特征在于，包括 濾波頻率輸入模塊用于確定所需濾波頻率區段； 電磁參數選擇模塊與所述的濾波頻率輸入模塊相連，用于選擇基材以及人造微結構，組合成單元結構，測試所述單元結構電磁參數； 匹配判斷模塊與所述的電磁參數選擇模塊相連，用于判斷所述的濾波頻率區段與所述的單元結構的電磁參數能否濾波匹配； 帶阻濾波器仿真模塊與所述的匹配模塊相連，用于仿真所述的帶阻濾波器。
9.根據權利要求8所述的帶阻濾波器設計系統，其特征在于，所述帶阻濾波器設計系統還包括周期選擇模塊，與所述的匹配判斷模塊相連，用于根據所述帶阻濾波頻率區段確定單元結構周期。
10.根據權利要求9所述的帶阻濾波器設計系統，其特征在于，所述帶阻濾波器設計系統還包括阻抗匹配模塊，與所述的周期選擇模塊相連，用于對帶阻濾波頻率區段外的電磁波根據所述電磁參數進行阻抗匹配。
全文摘要
本發明涉及一種帶阻濾波器設計方法，包括S1.確定所需濾波頻率區段；S2.選擇基材以及人造微結構，組合成單元結構，測試所述單元結構電磁參數；S3.判斷所述的濾波頻率區段與所述的單元結構的電磁參數能否濾波匹配；S4.仿真所述的帶阻濾波器。本發明還公開了一種帶阻濾波器設計系統。根據本發明的帶阻濾波器設計的系統和方法，制造一種某一頻率區段電磁波在各個方向都能受禁的帶阻濾波器，從而比傳統的帶阻濾波器更簡單、更小型化。
文檔編號H01P11/00GK102800917SQ20111018106
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者劉若鵬, 岳玉濤, 季春霖, 唐明褆 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司