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基于超材料结构的滤波器设计方法和滤波器技术

技术编号:5477823 阅读:407 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供了一种基于超材料结构滤波器设计技术以及滤波器,该超材料结构包括扩展复合左右手超材料的基本单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于超材料结构的滤波器设计方法和滤波器 优先权要求和相关申请本申请要求于2007年11月16日提交的标题为“Extended Metamaterial Structures and Applications for High-Q Filters”的序列号为60/988,768的美国临时专利申请,以及于 2008 年 5 月 6 日提交的标题为 “Single Cable Antenna Solution for Laptop Computer” 的序列号为61/050,954的美国临时申请的权益。以上两个申请的全部公开内容通过参考并入 本文中,作为本申请说明书的一部分。
技术介绍
电磁波在大多数材料中的传播符合关于(E,H, 矢量场的右手定律,其中E 是电场,H是磁场,0是波矢。相位速度方向与信号能量传播(群速度)方向一致,且 折射率是正数。这样的材料是“右手的”(RH)材料。大多数自然材料都是RH材料。 人工材料也可以是RH材料。超材料(metamaterial,MTM)具有人造结构。当设计成在结构上的平均基本单 元尺寸p比超材料(metamaterial)制导的电磁能量的波长小很多时,对于被制导的电磁能 量,超材料可表现得象均勻介质一样。与RH材料不同,超材料可以呈现负数的折射率, 同时所具有的介电常数£和磁导率P也是负数,且相位速度方向与信号能量传播方向相 反,这里的(E,H, 矢量场的相对方向遵循左手法则。仅支持负折射率且介电常数 £和磁导率y也同时是负数的超材料是纯粹的“左手(LH)”超材料。许多超材料是LH材料和RH材料的混合物,并因此成为复合的左右手(CRLH) 超材料。CRLH超材料可在低频处表现得象左手材料,而在高频处表现得象右手材料。 各种CRLH超材料的设计和性质在Caloz和Itoh在John Wiley&Sons (2006)上发表的“Electromagnetic Metamaterials Transmission Line Theory and Microwave Applications, ” 中有所描述。CRLH超材料及其在天线中的应用在Tatsuo Itoh于2004年8月在Electronics Letters 第 40 卷第 16 期上的文章"Invited paper Prospects for Metamaterials, ” 中有所 描述。CRLH超材料可以被构造并制造成,使其具有适用于特定应用的电磁性质,并 可用在使用其他材料是很难的、不切实际的或不可行的应用中。此外,CRLH超材料可 用于研制新应用,并可用于构造不能采用右手材料的新器件。各种基于CRLH超材料的滤波器将在以下举例描述。
技术实现思路
本申请描述了基于超材料结构的滤波器设计技术和滤波器,该超材料结构包括 扩展复合左右手(E-CRLH)超材料基本单元。一方面,基于超材料结构的滤波器器件包括扩展复合左右手(E-CRLH)超材料 的基本单元。这个E-CRLH单元包括组合起来产生串联谐振《SE的串联电感LR和串联 电容CL,组合起来产生并联谐振《SH的并联电感LL和并联电容CR,组合起来产生串联谐振ω8Ε,的串联电感LR’和串联电容CL’,以及组合起来产生并联谐振ωSH,的并联电 感LL’和并联电容CR’。 串联电感LR、串联电容CL、并联电感LL、并联电容CR、 串联电感LR’、串联电容CL’、并联电感LL’和并联电容CR’被(1)连接形成用于 E-CRLH基本单元的对称单元结构,这里E-CRLH基本单元的输入端和输出端具有共同 的电路结构,并且⑵具有的值使COse和COsh,基本相等,且COsh和COse,基本相等。另一方面,滤波器器件包括了由常规CRLH(C-CRLH)单元和双 CRLH(D-CRLH)单元的非线性组合形成的E-CRLH基本单元结构。在这种器件中, C-CRLH单元的串联电感LR和串联电容CL的组合产生串联谐振ω8Ε ; OCRLH单元的 并联电感LL和并联电容CR的组合产生并联震荡ω8Η; D-CRLH单元的串联电感LR’ 和串联电容CL’的组合产生串联谐振ωSE, ; D-CRLH单元的并联电感LL’和并联电容 CR’的组合产生并联谐振《SH, ; COse和COsh,基本相等,且COsh和COse,基本相等。再一方面,滤波器器件包括C-CRLH基本单元结构,这个C-CRLH基本单元结 构包括多个具有耦合到第二 CRLH (C-CRLH)单元的第一 CRLH (C-CRLH)单元的常规 CRLH(C-CRLH)单元;第一 CRLH(C-CRLH)单元的串联电感LRl和串联电容CLl的组 合,其产生串联谐振"SE1;第一 CRLH(C-CRLH)单元的并联电感LLl和并联电容CRl 的组合,其产生并联谐振《SH1 ;第二 CRLH(C-CRLH)单元的串联电感LR2和串联电容 CL2的组合,其产生串联谐振《SE2 ;第二 CRLH(C-CRLH)单元的并联电感LL2和并联 电容CR2的组合,其产生并联谐振ω SH2。ω sm和ω SE2基本相等,且ω sm和ω SH2基本 相等。又一方面,全印刷扩展复合左右手(E-CRLH)超材料结构包括第一金属化层、 第二金属化层、第三金属化层、第一导电过孔、第四金属化层、第一单元过孔,和第二 单元过孔。其中,第一金属化层被制造成包括第一信号端口、耦合到第一信号端口的 第一馈线、耦合到第一馈线的第一发射台(launch pad)、与第一发射台相分离并电容性耦 合到第一发射台的第一单元接线片(cell patch)、与第一单元接线片隔开并耦合到从第一 单元接线片接收信号的第二单元接线片、与第二单元接线片相分离并电容性耦合到第二 单元接线片的第二发射台、耦合到第二发射台的第二馈线、耦合到第二馈线的第二信号 端。第二金属化层被制造成包括位于第一金属化层的下面且在第一、第二单元接线片之 间的第一导电单元接线片。第三金属化层被制造成包括在第二金属化层中的第一导电单 元接线片下面的第二导电单元。第一导电过孔(via)连接在第二金属化层中的第一导电单 元接线片和在第三金属化层中的第二导电单元接线片。第四金属化层为器件提供了接地 电极。第一单元过孔连接第一金属化层上的第一单元接线片和第四金属化层中的接地电 极,第一单元过孔与第一和第二导电单元接线片相分离且不直接接触。第二单元过孔连 接第一金属化层上的第二单元接线片和第四金属化层上的接地电极,第二单元过孔与第 一和第二导电单元接线片相分离且不直接接触。再另一方面,双工器(diplexer)器件包括能够发送和接收多个具有低波段频率 和高波段频率的信号的主输入/输出端口;能够发射和接收工作在低波段频率上的第一 信号的低波段输入/输出端口;将主输入/输出端口连接到低波段输入/输出端口并具有 低插入损耗和锐上波段边沿的低波段带通滤波器;能够发射和接收工作在高波段频率上 的第二信号的高波段输入/输出端口;将主输入/输出端口连接到高波段端口并具有低插入损耗和锐下波段边沿的高波段带通滤波器。在低波段滤波器的上边沿和高波段滤波器 的下边沿之间的隔离带定义为低。又再一方面,设计滤波器电路的方法包括识别本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于超材料结构的滤波器件,包括:  扩展复合的左右手(E-CRLH)超材料基本单元,包括:  组合产生串联谐振ω↓[SE]的串联电感LR和串联电容CL,  组合产生并联谐振ω↓[SH]的并联电感LL和并联电容CR,  组合产生串联谐荡ω↓[SE′]的串联电感LR’和串联电容CL’,以及  组合产生并联谐振ω↓[SH′]的并联电感LL’和并联电容CR’,  其中所述串联电感LR、所述串联电容CL、所述并联电感LL、所述并联电容CR、所述串联电感LR’、所述串联电容CL’、所述并联电感LL’和所述并联电容CR’(1)被连接以形成所述E-CRLH的基本单元的对称单元结构,其中所述E-CRLH基本单元的输入端和输出端具有共同的电路结构,且(2)具有使ω↓[SE]和ω↓[SH′]基本相等并使ω↓[SH]和ω↓[SE′]基本相等的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:马哈埃乔尔
申请(专利权)人:雷斯潘公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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