一种基于左手材料的超宽带限波滤波器制造技术

本发明专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器，涉及通讯技术领域。由一块矩形的双面覆铜微波介质基板刻蚀出不同的金属结构而形成，金属结构包括刻蚀在微波介质基板正面的金属缝隙结构和刻蚀在介质基板背面的金属条结构；金属缝隙结构包括工字形金属条及两个矩形金属板，金属条结构是在微波介质基板纵长向呈王字形的金属条结构，金属条结构包括三条相互平行的金属臂Ⅳ、金属臂Ⅴ、金属臂Ⅵ及垂直向的金属臂Ⅶ，金属臂Ⅴ位于金属臂Ⅳ、金属臂Ⅵ之间且与正面的两个矩形金属板构成十字交叉耦合型结构，金属臂Ⅳ、金属臂Ⅵ、金属臂Ⅶ的中部还分别有一段无金属层覆盖的开槽。本发明专利技术其结构紧凑，尺寸较小，能够很好地满足超宽带无线通信系统小型化的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通讯
，特别涉及一种超宽带滤波器。
技术介绍
超宽带（UWB）技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带通信系统不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此，其所占的频谱范围很宽，适用于高速、近距离的无线个人通信。美国联邦通讯委员会(FCC)规定，超宽带的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。超宽带（UWB）技术由于其技术特点及优势，目前在军事及民用通信领域都得到了广泛的应用，并具有更广泛的应用前景。滤波器是一种具有频率选择特性的二端口网络,其基本作用是在电路和电子系统中使不同频率的信号有选择性地通过,以抑制不必要或有害的信号。在超宽带通信系统中，限波滤波器的作用是有效滤除3.1GHz~10.6GHz频带内的其它系统工作信号。结构紧凑、性能优良、成本低的微波滤波器，是超宽带系统小型化的要求，亦是技术进步和市场竞争的要求。目前，在超宽带通信系统中，传统的平面耦合滤波器，因尺寸过大，已经越来越不适应技术进步的需求。电磁波在自然存在的物质材料中传播时，电场E、磁场H以及波矢量K均满足右手螺旋关系，所以，自然界存在的材料均定义为右手材料。对应的，如果电磁波在某种材料中传播时，其内部的电场E、磁场H以及波矢量K满足左手螺旋关系，则这种材料就称之为左手材料。事实上，左手材料在自然界中并不直接存在，目前只能是在自然存在的右手材料中，通过一定的设计，使之具备左手材料的特性，这样的材料常常也直接称之为左手材料。将左手材料的概念引入到微波滤波器的设计中，可以克服传统材料滤波器设计中的一些限制（例如二分之一波长等），能有效减小滤波器的尺寸，改善滤波器的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于左手材料的超宽带限波滤波器，其结构紧凑，尺寸较小，能够很好地满足超宽带无线通信系统小型化的需求。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于左手材料的超宽带限波滤波器，由一块矩形的双面覆铜微波介质基板刻蚀出不同的金属结构而形成，金属结构包括刻蚀在微波介质基板正面的金属缝隙结构和刻蚀在介质基板背面的金属条结构；金属缝隙结构包括工字形金属条及两个矩形金属板，工字形金属条包括设置在微波介质基板纵长向相对两侧边缘且相互平行的金属臂Ⅰ和金属臂Ⅱ，及垂直连接在金属臂Ⅰ和金属臂Ⅱ中部之间的金属臂Ⅲ，两个矩形金属板分别位于金属臂Ⅲ与金属臂Ⅰ、金属臂Ⅱ围成两个半封闭空间中，且两个矩形金属板对称设置在金属臂Ⅲ的两侧；金属条结构是在微波介质基板纵长向呈王字形的金属条结构，金属条结构包括三条相互平行的金属臂Ⅳ、金属臂Ⅴ、金属臂Ⅵ及垂直连接在金属臂Ⅳ、金属臂Ⅴ、金属臂Ⅵ中部的金属臂Ⅶ，金属臂Ⅴ位于金属臂Ⅳ、金属臂Ⅵ之间且与正面的两个矩形金属板构成十字交叉耦合型结构，金属臂Ⅳ、金属臂Ⅵ、金属臂Ⅶ的中部还分别有一段无金属层覆盖的开槽。本专利技术的进一步技术方案是：所述微波介质基板的厚度为0.8毫米，相对介电常数εr=2.55，介质损耗角正切tanδ=0.019。本专利技术刻蚀在介质基板正面金属层上的结构，共面波导区段的金属板，可作为系统的地；刻蚀在介质基板背面金属层上的结构，是一对高阻抗弯曲线，是系统的信号输入输出线。上下两层组成十字交叉耦合型结构，使滤波器具有左手特性，实现了如下有益效果：（1）结构紧凑，尺寸较小；（2）电气性能得到进一步的改善。下面结合附图和实施例对本专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器作进一步的说明。附图说明图1是本专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器的正面结构示意图；图2是本专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器的背面结构示意图；图3是本专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器的回波损耗S11、插入损耗曲线S21测试结果图；图4是本专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器的驻波比（VSWR）测试结果图；附图标号说明：1-金属臂Ⅰ,2-金属臂Ⅱ,3-金属臂Ⅲ,4-矩形金属板,5-金属臂Ⅳ,6-金属臂Ⅴ,7-金属臂Ⅵ,8-金属臂Ⅶ。具体实施方式如图1、图2所示，本专利技术基于左手材料的超宽带限波滤波器（简称“滤波器”），由一块矩形的双面覆铜微波介质基板刻蚀出不同的金属结构而形成。微波介质基板长为L，宽为W，微波介质基板的厚度为0.8毫米，相对介电常数εr=2.55，介质损耗角正切tanδ=0.019。金属结构包括刻蚀在微波介质基板正面的金属缝隙结构和刻蚀在介质基板背面的金属条结构。金属缝隙结构包括工字形金属条及两个矩形金属板4，工字形金属条包括设置在微波介质基板纵长向相对两侧边缘且相互平行的金属臂Ⅰ1和金属臂Ⅱ2，及垂直连接在金属臂Ⅰ1和金属臂Ⅱ2中部之间的金属臂Ⅲ3。两个矩形金属板4分别位于金属臂Ⅲ3与金属臂Ⅰ1、金属臂Ⅱ2围成两个半封闭空间中，且两个矩形金属板4对称设置在金属臂Ⅲ3的两侧。金属条结构是在微波介质基板纵长向呈王字形的金属条结构，金属条结构包括三条相互平行的金属臂Ⅳ5、金属臂Ⅴ6、金属臂Ⅵ7及垂直连接在金属臂Ⅳ5、金属臂Ⅴ6、金属臂Ⅵ7中部的金属臂Ⅶ8，金属臂Ⅴ6位于金属臂Ⅳ5、金属臂Ⅵ7之间且与正面的两个矩形金属板4构成十字交叉耦合型结构，金属臂Ⅳ5、金属臂Ⅵ7、金属臂Ⅶ8的中部还分别有一段无金属层覆盖的开槽。仿真结果表明，该结构滤波器具有很好的左手特性，能有效减少滤波器的尺寸，改善滤波器电气性能。该滤波器通带范围为3.16~6.9GHz和9.08~12.13GHz，限波（阻带）范围为6.91~9.08GHz。显然，该滤波器能在超宽带（3.1~10.6GHZ）工作频段内工作，同时能有效避免X波段（7.25~7.75GHz，7.9~8.4GHz）信号对超宽带系统产生电磁的干扰。该设计利用左手材料的相位补偿特性，突破了传统滤波器设计的半波长限制，有效缩小了滤波器的尺寸。优化后滤波器的尺寸为7.2mm×15.8mm×0.8mm，结构紧凑，能较好地满足超宽带无线通信系统小型化的要求。本专利技术滤波器成功设计的一组几何参数如下面表1所示。表1：滤波器一组几何参数（尺寸参数单位为：毫米）。WLh1h2h3h4h5d115.87.20.870.871.263.26.40.6d2d3d4d5d6d7d8d917.470.51.43.26.50.3表1说明：表1为针对厚度为h=0.8毫米，相对介电常数εr=2.55，损耗角正切tanδ=0.019的微波介质基板得出的一组滤波器尺寸数据。对于其它厚度或不同物理参数的TaconicTLX(tm)材料，更改、调整以上数据，也可以设计出相应的超宽带限波滤波器。附图3是滤波器回波损耗和插入损耗的仿真结果，仿真工具：美国ANSOFT公司商用高频仿真软件HFSSV.10。由图可见，在6.91~9.08GHz频段，滤波器的回波损耗S11大于-10dB；其余在3.16~12.13GHz频段，滤波器的回波损耗S11小于-10dB。显然，所专利技术的滤波器在超宽带（3.1~10.6GHz）频段上可有效地滤除X波段信号，避免了X波段信号对超宽带系统产生的电磁干扰。附图4是滤波器驻波比（VSWR）的仿真结果，仿真工具：美国ANSOFT公司商用高频仿真软件HFSSV.10。由图可见，在超宽带所覆盖的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于左手材料的超宽带限波滤波器，由一块矩形的双面覆铜微波介质基板刻蚀出不同的金属结构而形成，其特征在于，金属结构包括刻蚀在微波介质基板正面的金属缝隙结构和刻蚀在介质基板背面的金属条结构；金属缝隙结构包括工字形金属条及两个矩形金属板（4），工字形金属条包括设置在微波介质基板纵长向相对两侧边缘且相互平行的金属臂Ⅰ（1）和金属臂Ⅱ（2），及垂直连接在金属臂Ⅰ（1）和金属臂Ⅱ（2）中部之间的金属臂Ⅲ（3），两个矩形金属板（4）分别位于金属臂Ⅲ（3）与金属臂Ⅰ（1）、金属臂Ⅱ（2）围成两个半封闭空间中，且两个矩形金属板（4）对称设置在金属臂Ⅲ（3）的两侧；金属条结构是在微波介质基板纵长向呈王字形的金属条结构，金属条结构包括三条相互平行的金属臂Ⅳ（5）、金属臂Ⅴ（6）、金属臂Ⅵ（7）及垂直连接在金属臂Ⅳ（5）、金属臂Ⅴ（6）、金属臂Ⅵ（7）中部的金属臂Ⅶ（8），金属臂Ⅴ（6）位于金属臂Ⅳ（5）、金属臂Ⅵ（7）之间且与正面的两个矩形金属板（4）构成十字交叉耦合型结构，金属臂Ⅳ（5）、金属臂Ⅵ（7）、金属臂Ⅶ（8）的中部还分别有一段无金属层覆盖的开槽。

【技术特征摘要】
1.一种基于左手材料的超宽带限波滤波器，由一块矩形的双面覆铜微波介质基板刻蚀出不同的金属结构而形成，其特征在于，金属结构包括刻蚀在微波介质基板正面的金属缝隙结构和刻蚀在介质基板背面的金属条结构；金属缝隙结构包括工字形金属条及两个矩形金属板（4），工字形金属条包括设置在微波介质基板纵长向相对两侧边缘且相互平行的金属臂Ⅰ（1）和金属臂Ⅱ（2），及垂直连接在金属臂Ⅰ（1）和金属臂Ⅱ（2）中部之间的金属臂Ⅲ（3），两个矩形金属板（4）分别位于金属臂Ⅲ（3）与金属臂Ⅰ（1）、金属臂Ⅱ（2）围成两个半封闭空间中，且两个矩形金属板（4）对称设置在金属臂Ⅲ（3）的两侧；金...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文波，李顺利，
申请(专利权)人：广西科技大学鹿山学院，
类型：发明
国别省市：广西;45