一種負(fù)階諧振器及耦合諧振濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種負(fù)階諧振器，包括相同尺寸的上層基板和下層基板；在所述上層基板和下層基板之間設(shè)置一塊方形金屬片；在所述金屬片的中心設(shè)置一個(gè)手指交叉狀的交指電容；在所述上層基板和下層基板的四邊均開有周期排列的金屬孔，該孔貫穿兩層基板，形成通孔；在所述金屬片的上、下兩側(cè)分別開有一排周期排列的金屬孔，該孔從金屬片貫通至下層基板，形成盲孔。基于上述負(fù)階諧振器，本發(fā)明還提供了一種耦合諧振濾波器；由多個(gè)所述負(fù)階諧振器單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，所述多個(gè)負(fù)階諧振器單元之間通過腔體開縫進(jìn)行耦合；在第一個(gè)負(fù)階諧振器的左端開縫，耦合一個(gè)饋電輸入部件；在最后一個(gè)負(fù)階諧振器的右端開縫，耦合一個(gè)饋電輸出部件。
【專利說明】
一種負(fù)階諧振器及耦合諧振濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電磁領(lǐng)域，特別涉及一種負(fù)階諧振器及耦合諧振濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)微波傳輸線終端匹配時(shí)，其上傳播的電磁波是行進(jìn)的，稱為行波傳播。當(dāng)微波傳 輸線終端是開路或者短路時(shí)，傳輸線上的電磁波呈現(xiàn)駐波分布，此時(shí)傳輸線即構(gòu)成諧振器。
[0003] 在傳統(tǒng)的傳輸線諧振器中，當(dāng)諧振器結(jié)構(gòu)的物理長(zhǎng)度1是半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，對(duì) 應(yīng)的頻率即為諧振頻率每".，此時(shí)電長(zhǎng)度Θ = β?是π的整數(shù)倍。由于傳統(tǒng)傳輸線的電長(zhǎng) 度只能大于〇,因此在傳統(tǒng)傳輸線諧振器中僅存在正階諧振；并且由于其色散曲線是線性 的，所以其諧振都是基波埤的諧波，也即= ?:々
[0004] 隨著電磁超材料的迅速發(fā)展，作為電磁超材料中的一種，基于復(fù)合左右手 (Composite Right/Left-Handed，CRLH)結(jié)構(gòu)的傳輸線得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。CRLH傳輸 線通過在傳統(tǒng)傳輸線的基礎(chǔ)上人為地加入左手結(jié)構(gòu)，也即串聯(lián)電容和并聯(lián)電感結(jié)構(gòu)，引入 一段左手頻域。在該區(qū)域內(nèi)，電磁波表現(xiàn)為后向波傳播的特性，此時(shí)傳輸線電長(zhǎng)度小于0,這 就意味著利用該CRLH傳輸線作為諧振器時(shí)，可以產(chǎn)生負(fù)階諧振，即傳輸線電長(zhǎng)度是π的負(fù) 整數(shù)倍。與傳統(tǒng)傳輸線相比，在同樣的物理尺寸條件下，CRLH傳輸線負(fù)階諧振的頻率要小 于傳統(tǒng)傳輸線的正階諧振頻率。即CRLH傳輸線負(fù)階諧振器的電尺寸要小于傳統(tǒng)傳輸線正 階諧振器的電尺寸，因此，CRLH負(fù)階諧振器可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的緊湊性和小型化。
[0005] CRLH傳輸線有多種實(shí)現(xiàn)方式，主要分為兩大類：平面結(jié)構(gòu)和三維結(jié) 構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線主要有微帶結(jié)構(gòu)（參考文獻(xiàn)[1] :L. Lei，C. Caloz，and T. Itoh, ''Dominant mode leaky-wave antenna with backfire~t〇-endfire scanning capability, "Electronics Letters, vol. 38, pp. 1414-1416, 2002.)、共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和基 片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（參考文獻(xiàn)[2] :Υ· Dong and T. Itoh, "Composite Right/Left-Handed Substrate Integrated Waveguide and Half Mode Substrate Integrated Waveguide Leaky-Wave Structures, 〃IEEE Transactions onAntennas and Propagation,vol.59, pp. 767-775, 2011.)等形式。這些結(jié)構(gòu)一般是對(duì)外開放的，由于CRLH傳輸線是工作在快 波區(qū)域內(nèi)，因此會(huì)向外產(chǎn)生輻射，這一特點(diǎn)可以應(yīng)用在天線中（參考文獻(xiàn)[3]:楊青山，張 云華，張祥坤.一種復(fù)合左右手傳輸線型窄帶大范圍頻率掃描天線.中華人民共和國(guó)專 利，專利號(hào)：ZL201210125172. 2)。然而，在導(dǎo)波應(yīng)用中，這些結(jié)構(gòu)會(huì)有輻射損耗以及對(duì)外 部電路干擾等缺點(diǎn)。三維結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線一般通過在傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)傳播方向上周期 性地插入開口 諧振環(huán)（參考文獻(xiàn)[4] :S.Hrabar，J. Bartolic, and Z.Sipus,''Waveguide miniaturization using uniaxial negative permeability metamaterial,〃IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 53, pp. 110-119, 2005.)或者在波導(dǎo)寬 邊引入周期性的介質(zhì)填充波紋（參考文獻(xiàn)[5] :1. A. Eshrah, A. A. Kishk, A. B. Yakovlev, and A. W. Glisson,"Rectangular waveguide with dielectric-filled corrugations supporting backward waves, 〃IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniqu es，vol. 53, pp. 3298-3304, 2005.)來實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線是一種閉合結(jié)構(gòu)，不會(huì) 向外產(chǎn)生輻射，然而，其缺點(diǎn)也很明顯：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，造價(jià)昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的兩類CRLH傳輸線結(jié)構(gòu)的缺陷，提出一種基片集成 脊波導(dǎo)（Ridge Substrate Integrated Waveguide:RSIW)結(jié)構(gòu)的負(fù)階諧振器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 剖面低，并且不會(huì)向外產(chǎn)生輻射；并以該結(jié)構(gòu)的負(fù)階諧振器為單元，提供了一種耦合諧振濾 波器。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種負(fù)階諧振器，包括相同尺寸的上層基板和 下層基板；其特征在于，在所述上層基板和下層基板之間設(shè)置一塊方形金屬片；在所述金 屬片的中心設(shè)置一個(gè)手指交叉狀的交指電容；在所述上層基板和下層基板的四邊均開有周 期排列的金屬孔，該孔貫穿兩層基板，形成通孔；在所述金屬片的上、下兩側(cè)分別開有一排 周期排列的金屬孔，該孔從金屬片貫通至下層基板，形成盲孔。
[0008] 上述技術(shù)方案中，所述上層基板和下層基板的尺寸和負(fù)階諧振器的工作頻率有 關(guān)，工作頻率越高，所述上層基板和下層基板的尺寸尺寸越小。
[0009] 上述技術(shù)方案中，所述交指電容的長(zhǎng)度與所要求的負(fù)階頻率有關(guān)，負(fù)階頻率越低， 所述交指電容的長(zhǎng)度越長(zhǎng)。
[0010] 此外，基于上述負(fù)階諧振器，本發(fā)明還提供了一種耦合諧振濾波器；由多個(gè)所述負(fù) 階諧振器單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其特征在于，所述多個(gè)負(fù)階諧振器單元之間通過腔體開縫進(jìn)行耦 合；在第一個(gè)負(fù)階諧振器的左端開縫，耦合一個(gè)饋電輸入部件；在最后一個(gè)負(fù)階諧振器的 右端開縫，耦合一個(gè)饋電輸出部件。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述負(fù)階諧振器單元的個(gè)數(shù)η為2-7。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述負(fù)階諧振器的物理尺寸和開縫尺寸通過以下方法確定：
[0013] 設(shè)所述濾波器的相對(duì)帶寬為FBW，則第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)、 第i對(duì)負(fù)階諧振器的內(nèi)部耦合系數(shù)應(yīng)為：
[0014]
(1)
[0015] 其中，gi為第i(i = 0, ···n+l)個(gè)歸一化元件值，其中g(shù)。為饋電輸入端，gi(i = 1··· η)為η個(gè)負(fù)階諧振器，gn+1為饋電輸出端；Qel為第一個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)，QJ% 第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù);Μ 1ι1+1為第i對(duì)負(fù)階諧振器的耦合系數(shù)。
[0016] 根據(jù)第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)、第i對(duì)負(fù)階諧振器的內(nèi)部耦合 系數(shù)，通過全波仿真確定每個(gè)負(fù)階諧振器的物理尺寸；
[0017] 第i個(gè)負(fù)階諧振器和第i + Ι個(gè)負(fù)階諧振器組成的第i對(duì)諧振器的兩個(gè)諧振頻率滿 足：
[0018] ⑵
[0019] 其中，和f 12分別表示第i對(duì)諧振器的低階模和高階模的諧振頻率；
[0020] 第一個(gè)負(fù)階諧振器外部品質(zhì)因數(shù)：
[0021]
(3)
[0022] 其中，又:為該負(fù)階諧振器的最大傳輸系數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率，4?是該負(fù)階諧振器的最大 傳輸系數(shù)的3dB帶寬；
[0023] 第η個(gè)負(fù)階諧振器外部品質(zhì)因數(shù)：
[0024]
C4)
[0025] 其中，為該負(fù)階諧振器的最大傳輸反射響應(yīng)對(duì)應(yīng)的頻率，41是該負(fù)階諧振器 的最大傳輸反射響應(yīng)的3dB帶寬；
[0026] 根據(jù)式⑵得到每個(gè)負(fù)階諧振器開縫尺寸Wni、耦合系數(shù)Μ的對(duì)應(yīng)曲線；根據(jù)⑶和 (4)，得到第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器饋線嵌入深度t2、外部品質(zhì)因數(shù)Q的對(duì)應(yīng)曲線。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0028] 1、本發(fā)明的負(fù)階諧振器能克服了現(xiàn)有的兩種傳輸線的缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低剖 面、低成本，并且不會(huì)向外產(chǎn)生輻射的優(yōu)點(diǎn)；
[0029] 2、本發(fā)明的耦合諧振濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低剖面、低成本，結(jié)構(gòu)緊湊并且不會(huì)向 外產(chǎn)生輻射的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的耦合諧振濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明的負(fù)階諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明中負(fù)階諧振器的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明中負(fù)階諧振器的傳輸反射響應(yīng)圖；
[0034] 圖5(a)是本發(fā)明的負(fù)階諧振器在其負(fù)階諧振點(diǎn)的電場(chǎng)分布圖；
[0035] 圖5(b)是本發(fā)明的負(fù)階諧振器在其零階諧振點(diǎn)的電場(chǎng)分布圖；
[0036] 圖5(c)是本發(fā)明的負(fù)階諧振器在其正階諧振點(diǎn)的電場(chǎng)分布圖；
[0037] 圖5(d)是不加載交指電容的諧振器在其正階諧振點(diǎn)的電場(chǎng)分布圖；
[0038] 圖6是本發(fā)明的負(fù)階諧振器的腔體開縫長(zhǎng)度的示意圖；
[0039] 圖7是本發(fā)明的一個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)與饋線嵌入深度的關(guān)系圖；
[0040] 圖8是本發(fā)明的一對(duì)負(fù)階諧振器的耦合系數(shù)與諧振器腔體開縫長(zhǎng)度的關(guān)系圖；
[0041] 圖9是本發(fā)明的實(shí)施例的3階耦合負(fù)階諧振濾波器的仿真和實(shí)測(cè)的傳輸反射響應(yīng) 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 在對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明之前，首先對(duì)相關(guān)的原理進(jìn)行說明。
[0043] 本發(fā)明提出的基于RSIW結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線通過多層印制電路板加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)， 其中脊平面位于兩層介質(zhì)基板中間。交指電容開在脊平面，構(gòu)成左手特性的必要條件之一， 串聯(lián)電容；另一個(gè)構(gòu)成左手特性的并聯(lián)電感則由RSIW兩邊的金屬過孔來提供。兩側(cè)盲孔和 通孔的間距要進(jìn)行適當(dāng)選擇使得從兩側(cè)泄露的能量可以忽略。饋電與脊平面相連，為了與 外部電路連接，中間層的饋線通過盲孔轉(zhuǎn)換到底層平面上，參考圖1的濾波器兩端饋電結(jié) 構(gòu)?？梢娺@種結(jié)構(gòu)也是一種平面的CRLH傳輸線結(jié)構(gòu)，具有低剖面、低重量、低成本、易與平 面電路結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具備了其它平面結(jié)構(gòu)的CRLH傳輸線所不具備的優(yōu)點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)封 閉，不向外產(chǎn)生福射。
[0044] 如圖2所述，一種負(fù)階諧振器，包括相同尺寸的上層基板和下層基板；在上層基板 和下層基板之間設(shè)置一塊方形金屬片；在所述金屬片的中心設(shè)置一個(gè)手指交叉狀的交指電 容；在所述上層基板和下層基板的四邊均開有周期排列的金屬孔，該孔貫穿兩層基板，形成 通孔；在所述金屬片的上、下兩側(cè)分別開有一排周期排列的金屬孔，該孔從金屬片貫通至下 層基板，形成盲孔。
[0045] 所述上層基板和下層基板的尺寸和負(fù)階諧振器的工作頻率有關(guān)，工作頻率越高， 所述上層基板和下層基板的尺寸尺寸越小。
[0046] 所述交指電容的長(zhǎng)度與所要求的負(fù)階頻率有關(guān)，負(fù)階頻率越低，所述交指電容的 長(zhǎng)度越長(zhǎng)。
[0047] 如圖2和圖3所示，作為所述負(fù)階諧振器的一個(gè)實(shí)施例，上層基板和下層基板采用 Rogers RT/Duroid 6002,介電常數(shù)為2. 94,損耗角正切tan δ =〇.〇〇12,上層基板的厚度 為：1^= 0. 254mm ;下層基板的厚度為：h 2= 0. 508mm。兩側(cè)的金屬化盲孔和通孔直徑分別 為山=0. 3_和d2= 0. 35_。為了分析其單元傳輸響應(yīng)，采用微帶線與脊平面連接，對(duì)該 終端短路的腔體諧振器直接親合。利用電磁仿真軟件CST Microwave Studio,可以得到該 諧振器的傳輸反射響應(yīng)，如圖4所示。
[0048] 作為對(duì)比，對(duì)不加載交指電容的諧振器進(jìn)行了仿真，尺寸均與上述負(fù)階諧振器相 同，其傳輸反射響應(yīng)如圖4所示?？梢钥闯?，負(fù)階諧振器的兩個(gè)諧振頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不加載 交指電容諧振器的諧振頻率，也即說明了利用該負(fù)階諧振器的這兩個(gè)諧振能夠?qū)崿F(xiàn)微波器 件的小型化。在負(fù)階諧振器單元中，理論上存在三個(gè)諧振，如圖5(a)所示，-1階諧振發(fā)生 在5. 5GHz左右，該頻點(diǎn)處諧振器的電尺寸為-π ;如圖5 (b)所示，0階諧振發(fā)生在8. 8GHz 左右；如圖5(c)所示，+1階諧振發(fā)生在17. 2GHz處。如圖5(d)所示，對(duì)于不加載交指電容 的諧振器，其只有一個(gè)+1階諧振發(fā)生在16. 35GHz處?？梢钥闯?，圖5(a)和圖5(c)的電場(chǎng) 分布與圖5(d)類似，均為半波長(zhǎng)諧振。
[0049] 此外，基于上述負(fù)階諧振器，本發(fā)明還提供了一種耦合諧振濾波器；由多個(gè)所述負(fù) 階諧振器單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，所述多個(gè)負(fù)階諧振器單元之間通過腔體開縫進(jìn)行耦合；在第一個(gè) 負(fù)階諧振器的左端開縫，耦合一個(gè)饋電輸入部件；在最后一個(gè)負(fù)階諧振器的右端開縫，耦合 一個(gè)饋電輸出部件。
[0050] 所述負(fù)階諧振器單元的個(gè)數(shù)η為2-7。
[0051] 所述負(fù)階諧振器的物理尺寸和開縫尺寸通過以下方法確定：
[0052] 根據(jù)所述濾波器的參數(shù)，計(jì)算第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)；將相 鄰的負(fù)階諧振器兩兩組對(duì)，計(jì)算每對(duì)負(fù)階諧振器的內(nèi)部耦合系數(shù)；
[0053] 設(shè)所述濾波器的相對(duì)帶寬為FBW，則第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)、 第i對(duì)負(fù)階諧振器的內(nèi)部耦合系數(shù)應(yīng)為：
[0054]
⑴
[0055] 其中，gi為第i(i = 0, ···n+l)個(gè)歸一化元件值，其中g(shù)。為饋電輸入端，gi(i = 1··· η)為η個(gè)負(fù)階諧振器，gn+1為饋電輸出端；Qel為第一個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)，QJ% 第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù);Μ 1ι1+1為第i對(duì)負(fù)階諧振器的耦合系數(shù)。
[0056] 根據(jù)第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)、第i對(duì)負(fù)階諧振器的內(nèi)部耦合 系數(shù)，通過全波仿真確定每個(gè)負(fù)階諧振器的物理尺寸；
[0057] 第i個(gè)負(fù)階諧振器和第i+Ι個(gè)負(fù)階諧振器組成的第i對(duì)諧振器的兩個(gè)諧振頻率滿 足：
[0058]
⑵
[0059] 其中，和f 12分別表示第i對(duì)諧振器的低階模和高階模的諧振頻率；
[0060] 第一個(gè)負(fù)階諧振器外部品質(zhì)因數(shù)：
[0061]
C3)
[0062] 其中，|為該負(fù)階諧振器的最大傳輸系數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率，4?；是該負(fù)階諧振器的最大 傳輸系數(shù)的3dB帶寬；
[0063] 第η個(gè)負(fù)階諧振器外部品質(zhì)因數(shù)：
[0064]
(4)
[0065] 其中，尤為該負(fù)階諧振器的最大傳輸反射響應(yīng)對(duì)應(yīng)的頻率，4?"是該負(fù)階諧振器 的最大傳輸反射響應(yīng)的3dB帶寬；
[0066] 根據(jù)式（2)得到每個(gè)負(fù)階諧振器開縫尺寸Wni、耦合系數(shù)Μ的對(duì)應(yīng)曲線；根據(jù)⑶和 (4)，得到第一個(gè)和第η個(gè)負(fù)階諧振器饋線嵌入深度t 2、外部品質(zhì)因數(shù)Q的對(duì)應(yīng)曲線。
[0067] 如圖1所示，作為本發(fā)明的濾波器的一個(gè)具體實(shí)施例：一個(gè)3階耦合諧振濾波器， 其中心頻率為5. 5GHz，即工作在負(fù)階諧振器的-1階諧振頻率上；相對(duì)帶寬FBW為6%，選定 波紋幅度為0. ldB的3階切比雪夫低通原型，5個(gè)歸一化元件值分別為g。= g 4= 1，g i =g3= 1. 0316, g 2= 1. 1474,則根據(jù)公式⑴該濾波器的外部品質(zhì)因數(shù)和耦合系數(shù)為：
[0068] Qel= Q e3= 17. 19
[0069] Μ12= Μ 23= 0. 055
[0070] 利用CST Microwave Studio軟件仿真一對(duì)級(jí)聯(lián)的負(fù)階諧振器，建立親合系數(shù)與實(shí) 際物理尺寸之間的關(guān)系。經(jīng)過仿真得到這對(duì)諧振器的高階模諧振頻率和低階模諧振頻率， 并且根據(jù)公式（2)計(jì)算諧振器之間的耦合系數(shù)。如圖7所示，隨著縫隙寬度 Wni的增大，兩 個(gè)諧振器之間的耦合也在增大；不斷調(diào)整I的值，使耦合系數(shù)等于0. 055。
[0071] 外部品質(zhì)因數(shù)通過仿真兩端加載的單個(gè)諧振器來獲得；通過改變微帶饋線的嵌入 深度t2控制諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)，通過公式⑶和⑷計(jì)算外部品質(zhì)因數(shù)，如圖8所示， 不斷調(diào)整t 2的值，使外部品質(zhì)因數(shù)等于17. 19。
[0072] 根據(jù)以上的分析，可以設(shè)置3階耦合諧振濾波器的初始尺寸：p = 6. 7mm，Wl = 5. 8mm, w2= 6. 95mm, w 3= 1. 2mm, t ! = 0. 6mm, 12= 0. 8mm, lc = 4. 55mm, wc = 0. 25mm, ws = 0. 2mm〇
[0073] 最后利用CST Microwave Studio對(duì)濾波器做整體優(yōu)化；本實(shí)例的鍋合諧振濾波器 的實(shí)際尺寸為21.05mmX7.8mm(0.66λgX0.25λ g)，結(jié)構(gòu)很緊湊D如圖9所示，濾波器的仿 真和實(shí)測(cè)的傳輸反射響應(yīng)具有很好的一致性。該濾波器實(shí)測(cè)帶內(nèi)插損約為3. 3dB，帶內(nèi)回波 損耗小于-10dB，實(shí)測(cè)中心頻率為5. 5GHz，3dB帶寬為420MHz，相對(duì)帶寬為7. 6%，符合設(shè)計(jì) 預(yù)期。
[0074] 最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種負(fù)階諧振器，包括相同尺寸的上層基板和下層基板；其特征在于，在所述上層 基板和下層基板之間設(shè)置一塊方形金屬片；在所述金屬片的中屯、設(shè)置一個(gè)手指交叉狀的交 指電容；在所述上層基板和下層基板的四邊均開有周期排列的金屬孔，該孔貫穿兩層基板， 形成通孔；在所述金屬片的上、下兩側(cè)分別開有一排周期排列的金屬孔，該孔從金屬片貫通 至下層基板，形成盲孔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)階諧振器，其特征在于，所述上層基板和下層基板的尺寸 和負(fù)階諧振器的工作頻率有關(guān)，工作頻率越高，所述上層基板和下層基板的尺寸越小。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)階諧振器，其特征在于，所述交指電容的長(zhǎng)度與所要求的 負(fù)階頻率有關(guān)，負(fù)階頻率越低，所述交指電容的長(zhǎng)度越長(zhǎng)。4. 一種禪合諧振濾波器，根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的負(fù)階諧振器實(shí)現(xiàn)，所述濾波器 由多個(gè)所述負(fù)階諧振器單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其特征在于，所述多個(gè)負(fù)階諧振器單元之間通過腔 體開縫進(jìn)行禪合；在第一個(gè)負(fù)階諧振器的左端開縫，禪合一個(gè)饋電輸入部件；在最后一個(gè) 負(fù)階諧振器的右端開縫，禪合一個(gè)饋電輸出部件。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的禪合諧振濾波器，其特征在于，所述負(fù)階諧振器單元的個(gè)數(shù)n 為 2-7。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的禪合諧振濾波器，其特征在于，所述負(fù)階諧振器的物理尺寸 和開縫尺寸通過W下方法確定： 設(shè)所述濾波器的相對(duì)帶寬為FBW，則第一個(gè)和第n個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)、第i 對(duì)債階諧搞器的內(nèi)部規(guī)合系掛脈為：Cl) 其中，gi為第i(i = 0,…n+1)個(gè)歸一化元件值，其中g(shù)。為饋電輸入端，gi(i = 1…n) 為n個(gè)負(fù)階諧振器，gw為饋電輸出端；Q。1為第一個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)，Q。。為第n 個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù);Mi, W為第i對(duì)負(fù)階諧振器的禪合系數(shù)； 根據(jù)第一個(gè)和第n個(gè)負(fù)階諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)、第i對(duì)負(fù)階諧振器的內(nèi)部禪合系數(shù)， 通過全波仿真確定每個(gè)負(fù)階諧振器的物理尺寸； 第i個(gè)負(fù)階諧振器和第i+1個(gè)負(fù)階諧振器組成的第i對(duì)諧振器的兩個(gè)諧振頻率滿足：(2) 其中，f。和f。分別表示第i對(duì)諧振器的低階模和高階模的諧振頻率； 第一個(gè)負(fù)階諧振器外部品質(zhì)因數(shù)：(3) 其中，7；為該負(fù)階諧振器的最大傳輸系數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率，苗;是該負(fù)階諧振器的最大傳輸 系數(shù)的3地帶寬； (4) 第n個(gè)負(fù)階諧振器外部品質(zhì)因數(shù)： 其中，/；?為該負(fù)階諧振器的最大傳輸反射響應(yīng)對(duì)應(yīng)的頻率，A式,,是該負(fù)階諧振器的最 大傳輸反射響應(yīng)的3地帶寬； 根據(jù)式似得到每個(gè)負(fù)階諧振器開縫尺寸Wm、禪合系數(shù)M的對(duì)應(yīng)曲線；根據(jù)（3)和（4)， 得到第一個(gè)和第n個(gè)負(fù)階諧振器的饋線嵌入深度t2、外部品質(zhì)因數(shù)Q的對(duì)應(yīng)曲線。
【文檔編號(hào)】H01P7/00GK105990634SQ201510065267
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日
【發(fā)明人】楊青山, 張?jiān)迫A
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心