[发明专利]基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器及其设计方法

权利要求书

1.一种基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，包括微波介质基板，微波介质基板一侧设有周期性分布在50欧姆传输线上的方形谐振单元，其特征在于：

所述的微波介质基板另一侧设有周期性分布在地平面上的互补开口环谐振器单元，所述的方形谐振单元包括第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)、第三方形谐振器(203)，第一方形谐振器(201)上加载有第一开路枝节线(301)，第二方形谐振器(202)上加载有第二开路枝节线(302)，第三方形谐振器(203)上加载有第三开路枝节线(303)，第一方形谐振器(201)与第二方形谐振器(202)之间的50欧姆传输线上加载有第一马刺线谐振器(102)，第二方形谐振器(202)与第三方形谐振器(203)之间的50欧姆传输线上加载有第二马刺线谐振器(103)。

2.根据权利要求1所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述的互补开口环谐振器单元包括刻蚀在地平面上的第一互补开口环谐振器(401)和第二互补开口环谐振器(402)，第一互补开口环谐振器(401)位于第一方形谐振器(201)与第二方形谐振器(202)之间的50欧姆传输线背面的地平面上，第二互补开口环谐振器(402)位于第二方形谐振器(202)与第三方形谐振器(203)之间的50欧姆传输线背面的地平面上。

3.根据权利要求1所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)和第三方形谐振器(203)结构尺寸、分布均符合切比雪夫函数。

4.根据权利要求1所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述的第一开路枝节线(301)、第二开路枝节线(302)和第三开路枝节线(303)均在其阻带内生成同一个传输零点，第一开路枝节线(301)、第二开路枝节线(302)和第三开路枝节线(303)的长度为其传输零点对应频率的四分之一。

5.根据权利要求1所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述的第一马刺线谐振器(102)和第二马刺线谐振器(103)均在其阻带内生成同一个传输零点，第一马刺线谐振器(102)和第二马刺线谐振器(103)的长度为其传输零点对应频率的四分之一。

6.根据权利要求2所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述的第一互补开口环谐振器(401)和第二互补开口环谐振器(402)均在其通带边缘生成同一个传输零点。

7.根据权利要求1所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述的微波介质基板为FR4，微波介质基板的介电常数为4.3、损耗角正切为0.02、厚度为0.8mm。

8.根据权利要求3所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器，其特征在于：所述第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)和第三方形谐振器(203)三者尺寸变化依序呈小、大、小的变化形式。

9.根据权利要求1所述的基于电磁带隙和互补开口环谐振器结构的微波滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

91)在50欧姆传输线上周期性分布第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)、第三方形谐振器(203)，第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)、第三方形谐振器(203)之间的间距满足布拉格反射条件；

设第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)之间的距离为d，其计算公式如下：

β·d＝π

β = 2 π λ g , λ g = c f 0 · ϵ e f f , ]]>

其中：β为介质材料的导波数，λg为导波波长，c为自由空间中的光速，f0为中心频率，εeff为介质材料的有效介电常数；

d = λ g 2 = 1 2 c f 0 · ϵ e f f ; ]]>

92)根据阻带抑制深度和通带内的插入损耗之间的关系，选取填充因子a/d大小为0.5，确定方形谐振器的尺寸a大小；

93)在第一方形谐振器(201)、第二方形谐振器(202)、第三方形谐振器(203)上依次加载第一开路枝节线(301)、第二开路枝节线(302)和第三开路枝节线(303)，从而引入1个传输零点，第一开路枝节线(301)、第二开路枝节线(302)和第三开路枝节线(303)的尺寸大小为对应传输零点频率的四分之一波长；

94)在第一方形谐振器(201)与第二方形谐振器(202)之间的50欧姆传输线上连接第一马刺线谐振器(102)，第二方形谐振器(202)与第三方形谐振器(203)之间的50欧姆传输线上连接第二马刺线谐振器(103)，第一马刺线谐振器(102)和第二马刺线谐振器(103)的尺寸大小为对应传输零点频率的四分之一波长；

95)在第一马刺线谐振器(102)和第二马刺线谐振器(103)正下方的地平面上分别对应刻蚀出第一互补开口环谐振器(401)和第二互补开口环谐振器(402)，第一互补开口环谐振器(401)和第二互补开口环谐振器(402)的尺寸m、b3由互补开口环谐振器的谐振频率fc确定，其计算表达式如下：

f c = 1 2 π L c C c = 1 2 π ( L 0 / 4 ) C c , ]]>

L 0 = 2 π m 2 L p u l , ]]>

C c = π 3 ϵ 0 c 2 × ∫ 0 + ∞ d k [ ( m 2 + b 3 ) B ( k ( m 2 + b 3 ) ) - m 2 B ( k m 2 ) ] k 2 [ 1 2 ( 1 + 1 + ϵ e f f ϵ 0 tanh ( kh s ) 1 + ϵ 0 ϵ e f f tanh ( kh s ) ) ] , ]]>

其中，c为自由空间中的光速，ε0是真空中的介电常数，m为互补开口环谐振器中方形贴片尺寸的边长，b3为互补开口环谐振器中槽线的宽度，εeff和hs分别是介质材料的有效介电常数和基底厚度。