[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

说明书

本发明涉及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，与现有技术相比解决了增加微波滤波器的传输性能必须依赖增加谐振单元的缺陷。本发明的方形谐振单元包括第一方形谐振器、第二方形谐振器、第三方形谐振器，第一方形谐振器上加载有第一开路枝节线，第二方形谐振器上加载有第二开路枝节线，第三方形谐振器上加载有第三开路枝节线，第一方形谐振器与第二方形谐振器之间的50欧姆传输线上加载有第一马刺线谐振器，第二方形谐振器与第三方形谐振器之间的50欧姆传输线上加载有第二马刺线谐振器。本发明具有尺寸小、相对带宽大、矩形系数高的优点，适合于小型化、高性能微波电路系统。

技术领域

本发明涉及微波与毫米波无源电路技术领域，具体来说是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。

背景技术

随着现代通信技术和雷达技术的快速发展，电路系统的集成化度越来越高。在混合电路系统中，包含有很多射频/模拟电路，微波滤波器作为分配有限频谱资源的关键器件，在系统的发射和接收端可对噪声传播进行隔离和频率选择。尤其是对某些噪声信号进行抑制来减少干扰，比如某些常用的微波器件诸如双工器、振荡器和混频器等都需要对杂散信号进行抑制。因而，为了减小噪声对电路性能的影响，我们需要研究和设计高性能、小型化的微波滤波器，来抑制高速混合电路系统中的电磁噪声干扰。

电磁带隙结构由于在一定的频率范围内具有带隙特性，同样被广泛用于微波器件、天线和频率选择表面的设计。由光子晶体理论可知，当电磁带隙结构满足布拉格反射条件时，具有阻带特性，但其阻带频率范围内抑制较差且带宽较小。1999年，T.Itoh教授提出共面紧凑型电磁带隙结构，它不需要金属化过孔，采用单层微带基板和平面微带结构即可实现，因而可以降低成本且工艺简单。为了扩展电磁带隙结构的功能，人们设计了各种形式的电磁带隙结构，比如极化型电磁带隙结构；圆柱型电磁带隙结构；加载电容型可调电磁带隙结构等。而为了减小电磁带隙结构的尺寸大小，又相继出现了螺旋型电磁带隙结构；多层堆叠型电磁带隙结构；分形电磁带隙结构和双面型电磁带隙结构等多种结构形式。

然而，对于这些传统的电磁带隙结构都普遍存在一个问题，即为了改善电路的电磁特性等，如图2所示，常需要通过增加谐振单元的数目来实现，无疑这将会增大电路结构的尺寸大小。此外，仅通过增加电磁带隙结构阶数的办法，只会增加阻带宽度，而阻带抑制深度和通带边缘的矩形系数并没有明显改善。

因此，如何解决微波滤波器的平面电磁带隙结构在传输性能和尺寸大小上的矛盾已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中增加微波滤波器的传输性能必须依赖增加谐振单元的缺陷，提供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及其设计方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

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，

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、第二方形谐振器、第三方形谐振器，第一方形谐振器上加载有第一开路枝节线，第二方形谐振器上加载有第二开路枝节线，第三方形谐振器上加载有第三开路枝节线，第一方形谐振器与第二方形谐振器之间的50欧姆传输线上加载有第一马刺线谐振器，第二方形谐振器与第三方形谐振器之间的50欧姆传输线上加载有第二马刺线谐振器。

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和第二互补开口环谐振器，第一互补开口环谐振器位于第一方形谐振器与第二方形谐振器之间的50欧姆传输线背面的地平面上，第二互补开口环谐振器位于第二方形谐振器与第三方形谐振器之间的50欧姆传输线背面的地平面上。

所述第一方形谐振器、第二方形谐振器和第三方形谐振器结构尺寸、分布均符合切比雪夫函数。