一種基于彎曲的1?DPBG微帶的寬帶帶阻濾波器的制作方法

本發明屬于濾波器技術領域，具體涉及一種基于彎曲的1-D PBG微帶的寬帶帶阻濾波器。

背景技術：

近年來隨著微波集成電路(MIC)技術的快速發展，微帶電路由于具有體積小、重量輕、結構簡單、加工方便和成本低廉等優點而備受重視。全平面結構形式的微帶濾波器也廣泛應用在MIC中。對于窄帶濾波器，人們較多的是用各種諧振器來實現，但是通常得到的帶寬一般都很窄，在寬帶中難以應用，而且設計比較復雜，所以對于寬帶帶阻濾波器，通常采用光子帶隙(PBG)結構來實現。

PBG結構式具有帶阻特性的周期性結構，位于頻率帶隙內的電磁信號將不能傳輸，最先是為了光學應用，但是其極小的尺寸使得加工難度非常高，于是以后的研究就向低頻方向發展，在微波、毫米波中得到了廣泛應用。目前國內外提出的PBG結構多種多樣，早期主要是介質基板穿孔，在介質基板中填充其它材料等，這種結構制作起來非常困難，現在研究較多的是在微帶傳輸線的底板上蝕刻周期結構以得到PBG特性。目前PBG微帶線主要有兩種結構形式：1-D結構和2-D結構，其中1-D結構是在微帶線導帶正下方蝕刻一排周期結構得到PBG特性，也有關于孔的形狀對性能影響的詳細分析和應用。雖然這種1-D PBG微帶結構比較簡單，但是其縱向長度通常比較大；2-D結構是在橫向上增加周期結構的排數來減少縱向上的孔數，但是橫向長度又太長。本發明針對1-D結構的縱向長度過大而設計了一種彎曲的1-D PBG微帶線，分析表明該微帶線具有良好的寬阻帶特性，而且電路尺寸較普通的1-D PBG微帶大為減小。

技術實現要素：

本發明為解決現有技術中1-D PBG微帶結構縱向長度過大的問題而提供了一種基于彎曲的1-D PBG微帶的寬帶帶阻濾波器，該濾波器將1-D結構進行彎曲設計形成彎曲的PBG微帶，顯然可以大為減小縱向尺寸。當介質材料、基片厚度等均保持不變時，整個電路的縱向尺寸較原電路大為減小，而且仿真結果表明該濾波器依然具有良好的寬阻帶特性。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種基于彎曲的1-D PBG微帶的寬帶帶阻濾波器，包括介質基板和印刷在介質基板上的金屬，其特征在于：在介質基板上設有三個橫向蝕刻的正方形孔，其中第三個正方形孔正下方的介質基板上設有兩個縱向蝕刻的正方形孔，五個正方形孔的尺寸一致并且相鄰的正方形孔之間的間距相等。

進一步優選，相鄰的正方形孔之間的間距為21.3mm，正方形孔的邊長為10.2mm。

本發明在原有的基于1-D形式的PBG微帶的寬帶帶阻濾波器基礎上進行了改進，保證其在良好的寬阻帶特性的條件下大大減少了縱向長度，實現了微帶寬帶帶阻濾波器的便攜化和小型化。

附圖說明

圖1為普通的1-D PBG微帶帶阻濾波器的結構示意圖；

圖2為普通的1-D PBG微帶的頻率曲線；

圖3為彎曲的1-D PBG微帶帶阻濾波器的結構示意圖；

圖4為彎曲的1-D PBG微帶的頻率曲線。

具體實施方式

結合附圖詳細描述本發明的具體內容。

一般地來講，PBG結構的特性主要由以下因素決定：周期單元的數目、周期單元的幾何結構、周期單元的排列方式以及介質的介電常數等。通常PBG結構介質襯底的厚度和相對介電常數都是選定的，這樣決定PBG結構特性的參數就只有孔的尺寸、孔之間的距離以及周期單元的數目。阻帶的中心頻率f₀是PBG結構周期d的函數，具體的關系如下：

式中f₀為阻帶中心頻率；c為真空中的光速；d為周期結構之間的間距；ε_e為微帶線的有效介電常數。根據上式針對具體的頻率，就可以確定出周期性結構的尺寸，完成電路的設計。

首先是根據所需設計帶阻濾波器的阻帶中心頻率f₀＝4.5GHz，設計一個普通的1-D PBG微帶帶阻濾波器。由公式大致確定板材尺寸，介質基片的介電常數選定為ε_r＝2.65，基片厚度定為h＝1mm。微帶線按照50Ω標準微帶線設計，導帶寬度約為2.7mm，周期結構間距為21.3mm，方孔按照周期結構間距和方孔的邊長之比大約為2:1設計，電路中取方形孔邊長為10.2mm。此時整個電路板的縱向尺寸達到了130mm。普通的1-D PBG微帶帶阻濾波器如圖1所示，對該濾波器進行頻率特性仿真，仿真結果如圖2所示，其中實線為S₂₁曲線，虛線為S₁₁曲線。從圖中可以看到該設計滿足要求。

然后，為了減少縱向尺寸，把上面的1-D PBG微帶帶阻濾波器從中間方孔位置垂直向下彎曲，形成一種彎曲的1-D PBG微帶帶阻濾波器，介質材料、基片厚度等均保持不變，此時整個電路的縱向尺寸減小為80mm，較原電路大為減小，彎曲的1-D PBG微帶帶阻濾波器如圖3所示，對該濾波器進行頻率特性仿真，仿真結果如圖4所示，其中實線為S₂₁曲線，虛線為S₁₁曲線。從圖中可以看出：當把1-D PBG微帶彎曲時，阻帶衰減略有減小，但是整個電路的頻率曲線仍然保持良好的帶阻特性，此時整個電路的縱向尺寸明顯減小。另外在中心頻率f₀的倍頻位置處還有一個明顯的禁帶，從網絡拓撲的觀點來看，這也是PBG微帶結構作為一種周期性結構所固有的特性。

綜上所述，本發明設計出了一種基于彎曲的1-D PBG微帶的寬帶帶阻濾波器，采用高頻仿真軟件HFSS對其進行了仿真，仿真結果顯示很好的滿足了設計要求，而且其縱向上的物理長度大大減少，為微帶寬帶帶阻濾波器的便捷化和小型化提供了有益的幫助。

以上顯示和描述了本發明的基本原理，主要特征和優點，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的范圍。