CN102522616B - 基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器，主要解决传统微带双模滤波器形式单一、带宽较窄的问题。该滤波器包括一对输入输出“T”形馈线(13)、微带介质板(14)、金属接地板(15)和微带谐振器(11)，一对输入输出“T”形馈线(13)和微带谐振器(11)设置在金属接地板(15)上方的微带介质板(14)上，其中谐振器(11)采用直线型的双端短路结构，且中心处加载有短路微带枝节(12)，一对输入输出“T”形馈线(13)水平放置在微带谐振器(11)的一侧，且两者之间形成缝隙(16)，以产生馈线之间的耦合，增加带外传输零点，本发明具有馈线间的耦合，设计形式灵活多变，频带宽的优点，可用于无线通信***。

Description

基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及微带双模带通滤波器，可用于无线通信***射频前端。

背景技术

微波无线电技术对现代社会的发展产生了巨大的影响，尤其是随着微波毫米波通信业务的日益增多，频谱资源日渐紧张，频带资源划分的更细，对无线终端设备的要求变得十分苛刻。迫切要求微波滤波器向着高性能、小型化、低成本、高集成的方向迅速发展，小型化高性能微带滤波器的研究引起越来越多的注意。传统的滤波器形式如巴特沃兹和切比雪夫滤波器只有通过增加滤波器级数才能满足高选择性要求，加工出来的滤波器体积和重量相对较大，不再适合现代通信***设计的需求。椭圆函数或交叉耦合滤波器虽然具有很好的选择性，但是设计起来相对复杂，变量不易控制。

双模谐振器因为尺寸小、带内高性能、带外高抑制等优良特性，越来越多地应用于无线通信***高性能滤波器设计中。双模技术是微波滤波器产业中一项新兴的技术，它的优势在于：每个双模谐振腔可以使两个谐振模式同时工作在一个频点，起到了双腔级联的作用，这样就可以使滤波器在同一指标下所需的谐振器数目减半，从而实现了滤波器小型化，结构紧凑的特点。并且谐振腔内的两种模式带有自耦合，可以本能的在阻带产生传输零点，因此带外具有高选择性的优越性。基于以上特性的双模滤波器综合理论和设计技术近年来在国内外得到广泛研究。但是由于这种传统双模滤波器是一个封闭环，因而其结构形式受到很大局限，后续的扩展也都是在此基础上进行，造成实现形式单一，带宽难以展宽的缺陷，不能满足现代通信***对滤波器带宽设计灵活多变的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种基于双端短路谐振器的双模带通滤波器，以灵活实现多种结构形式的变形，使带宽展宽到30％以上，满足现代通信***对滤波器带宽设计灵活多变的需求。

实现本发明目的的技术关键是在双端短路微带谐振器中心位置加载一个短路枝节，以实现双端短路微带谐振器中两种模式的耦合，通过调节短路枝节的长度达到滤波器设计所需带宽。其技术方案有如下三种：

技术方案1：

本发明基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器，包括一对输入输出“T”形馈线、微带介质板、金属接地板和微带谐振器，一对输入输出“T”形馈线和微带谐振器设置在金属接地板上方的微带介质板上，其特征在于：

谐振器采用直线型的双端短路结构，且中心处加载有短路微带枝节，以实现双端短路谐振器中两种谐振模式的耦合；

一对输入输出“T”形馈线水平放置在微带谐振器的一侧，且两者之间形成大小满足0＜g＜10mm的缝隙，以产生馈线之间的耦合，增加带外传输零点，实现带外性能的高抑制性。

所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，直线型微带谐振器的长度满足：其中，λ_g为介质波导波长，c为真空中的光速，ε_e为该直线型微带谐振器的有效介电常数，f₀为直线型微带谐振器的谐振频率。

所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，中心加载短路枝节(12)，是宽度为w₁、长度为L₂的短路微带线，L₂满足：0＜L₂＜λ_g/4；w₁满足：w₁＝L₁/2-L₃。

所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，缝隙产生于一对“T”型馈线的末端处，缝隙大小满足：0＜g＜10mm。

技术方案2：

本发明基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器，包括一对输入输出馈线，微带开口谐振环，其特征在于，微带开口谐振环采用折叠型的双端短路结构，且中心处加载有短路枝节，以实现折叠型微带开口谐振环中两种谐振模式的耦合；一对输入输馈线垂直放置在折叠型微带开口谐振环的一侧，且一对输入输出馈线末端位置形成大小满足0＜g＜10mm的缝隙，以产生馈线之间的耦合，增加带外传输零点，实现带外性能的高抑制性。

所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，折叠型微带开口谐振环的总长度为2×(L₁+L₂+L₃+L₄)，且满足： $L_1+L_2+L_3+L_4={\mathrm{\λ}}_g/2=c/(f_0\×\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}\×2),$ 其中，λ_g为介质波导波长，c为真空中的光速，ε_e为该谐振环21的有效介电常数，L₁为微带线211的长度，L₂为微带线212的长度，L₃为微带线213的长度，L₄为微带线214的长度，f₀为折叠型微带谐振环21的谐振频率。

技术方案3：

本发明基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器，包括一对输入输出的“L”型馈线，和“L”型微带枝节，封闭型方环微带谐振器，其特征在于，封闭型方环微带谐振器的任一个角位置短路，且在该角的对角位置加载短路枝节，以实现封闭型方环谐振器中两种谐振模式的耦合；一对输入输出的“L”型馈线放置在封闭型方环谐振器的两侧；一个“L”型微带枝节放置在一对输入输出的“L”型馈线的末端处，以产生馈线之间的耦合，增加带外传输零点，实现带外性能的高抑制性。

所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，封闭型方环微带谐振器的总长度是4L₁，且满足：

其中λ_g为介质波导波长，c为真空中的光速，ε_e为该封闭型方环微带谐振器的有效介电常数，L₁为方环微带谐振器的边长，f₀为封闭型方环微带谐振器的谐振频率。

所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，“L”型微带枝节(34)的长度L₃满足：0＜L₃＜λ_g/2，其中λ_g为介质波导波长，放置在一对输入输出“L”型馈线(33)的末端处。

本发明具有以下技术优点：

1.本发明由于在微带谐振器的两端各加一个短路点，且在该谐振器中心位置加载微带短路枝节，由于短路位置的等价性，实现了设计形式的灵活多变性，例如直线型、折叠型和封闭型，给扩展带来了极大便利，可根据具体场合选择具体的实现方案。

2.本发明由于两种谐振模式在谐振器内部电场的最大值位置基本相同，可以同步的施加较强的外部耦合，实现谐振器的宽带效应。

3.本发明由于馈线之间产生了耦合，会在通带的左右两端各实现一个传输零点，实现了通带外的高抑制性。

附图说明

图1为本发明第一实施例的三维结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明第二实施例的平面结构示意图；

图4为本发明第三实施例的平面结构示意图；

图5为本发明实施例1的频率响应曲线图；

图6为本发明实施例2的频率响应曲线图；

图7为本发明实施例3的频率响应曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：

实施例1

参照图1和图2，本发明主要由直线型双端短路微带谐振器11，短路枝节12，一对对称输入输出“T”形馈线13，微带介质板14，金属接地板15组成。其中：

微带介质基板14，采用介电常数为2.65，板厚为1mm的单面覆铜介质基板；

直线型双端短路微带谐振器11，由铜皮实现，加工在微带介质基板14的上表面，通过过孔使谐振器的11的两端连接到金属地板15上，微带谐振器11的长度L₁＝48mm，等于一个波导波长，对应的谐振频率

ε_e为该微带介质基板14的有效介电常数；

短路枝节12，加载在双端短路微带谐振器11的中心处，长度L₂＝1.3mm、宽度w₁＝2mm，用来实现两种兼并模式的***和耦合；

一对输入输出“T”形馈线13，位于微带介质基板14的上表面，由相互垂直的端口连接馈线131和耦合馈线132级联而成，该端口连接馈线131用于端口匹配和焊接，其宽度w＝2.7mm，该耦合馈线132与微带谐振器11平行，其长度L₃＝22mm，水平放置在微带谐振器11的一侧进行馈电，其距离微带谐振器的距离d＝0.1mm，且一对输入输出馈线13末端位置形成大小为：g＝1mm的缝隙14，以产生馈线之间的耦合，在通带的左右端各产生一个传输零点，实现带外性能的高抑制性，其频率响应曲线如图5所示。

图5中，|S₂₁|为滤波器的传输特性曲线，|S₁₁|为滤波器1端口的反射特性曲线。由图5可知，该带通滤波器的通带中心频率为3.84GHz，相对带宽为32.4％，通带左侧0.95GHz出现一个传输零点，在通带右侧5.09GHz出现一个传输零点，实现了带外性能的高抑制性。

实施例2

参照图3，本发明主要由折叠型双端短路微带谐振环21，短路枝节22，一对输入输出馈线23组成，微带介质基板同实施例1中的一样。其中：

折叠型双端短路微带谐振环21，由铜皮实现，加工在微带介质基板的上表面，通过过孔实现谐振环21两端的短路，微带谐振环21的总长度为：2×(L₁+L₂+L₃+L₄)＝108mm，它等于一个波导波长，对应的谐振频率 $f_0=c/\{2\×(L_1+L_2+L_3+L_4)\×\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}\}=1.7\mathrm{GHz},$ ε_e为该微带介质基板的有效介电常数，其中，L₁＝15.3mm，L₂＝20.4mm，L₃＝12mm，L₄＝6.2mm。

短路枝节22，加载在折叠型双端短路微带谐振环21的中心处，其长度L₅＝1.6mm，用来实现两种兼并模式的***和耦合；

一对输入输出馈线23，位于微带介质基板上表面，由端口连接馈线231和耦合馈线232级联而成，端口连接馈线231用于端口匹配和焊接，其宽度w＝2.7mm；耦合馈线232，其长度L₆＝19.9mm，该耦合馈线垂直的放置在微带谐振器21的一侧进行馈电，且距离微带谐振器21的距离d＝0.2mm；该一对输入输出馈线23末端位置形成大小g＝1mm的缝隙24，以产生馈线之间的耦合，在通带的左右端各产生一个传输零点，实现带外性能的高抑制性，其频率响应曲线如图6所示。

图6中，|S₂₁|为滤波器的传输特性曲线，|S₁₁|为滤波器1端口的反射特性曲线，由图6可知，该带通滤波器的通带中心频率为1.7GHz，相对带宽为7.3％，通带左侧1.35GHz出现一个传输零点，且通带右侧2.07GHz处出现一个传输零点，实现了滤波器带外高抑制特性。

实施例3

参照图4，本发明主要由封闭型的双端短路方形微带谐振环31，中心加载短路枝节32，一对输入输出“L”型馈线33，和“L”型微带线34组成，微带介质基板同实施例1中的一样。其中：

封闭型双端短路方环微带谐振器31，由铜皮实现，加工在微带介质基板的上表面，通过过孔使方环谐振器31的任一角位置短路，封闭型方环微带谐振器31的总长度是4L₁＝77.4mm，等于一个波导波长，对应的谐振频率

ε_e为该微带介质基板的有效介电常数，其中，L₁＝19.35mm。

短路微带枝节32，加载在封闭型方环微带谐振器31短路位置的对角位置，长度L₂＝3mm，用来实现两种兼并模式的***和耦合。

一对相互垂直的输入输出“L”型馈线33，位于微带介质基板上表面，由相互垂直的端口连接馈线331和耦合馈线332级联而成。端口连接馈线331用于端口匹配和焊接，其宽度w＝2.7mm；耦合馈线332与微带谐振器31平行，其长度L₄＝13.9mm，该耦合馈线采用垂直放置的方式，放置在微带谐振环31的两侧进行馈电，距离封闭型方环微带谐振器31的距离d＝0.1mm。

本实例由于将一个“L”型微带线放置在输入输出馈线33的末端处，长度L₃＝7mm，使一对输入输出馈线31产生耦合，因而可在通带的左右端各产生一个传输零点，实现带外性能的高抑制性，其频率响应曲线如图7所示。

图7中，|S₂₁|为滤波器的传输特性曲线，|S₁₁|为滤波器1端口的反射特性曲线，由图7可知，该带通滤波器的通带中心频率为2.43GHz，相对带宽为27.1％，通带左侧1.1GHz出现一个传输零点，且通带右侧2.98GHz处出现一个传输零点，实现了滤波器带外高抑制特性。

上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器，包括一对输入输出馈线（23），微带开口谐振环（21），其特征在于，微带开口谐振环（21）采用折叠型的双端短路结构，且中心处加载有短路枝节（22），以实现折叠型微带开口谐振环中两种谐振模式的耦合；一对输入输出馈线（23）位于同一束竖直线，放置在微带开口谐振环（21）的一侧，且距离微带开口谐振环（21）的距离为0.2mm，该一对输入输出馈线（23）之间的末端位置形成大小满足0＜g＜10mm的缝隙（24），以产生馈线之间的耦合，增加带外传输零点，实现带外性能的高抑制性。

2.根据权利要求1所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，微带开口谐振环（21）的总长度为2×(L₁+L₂+L₃+L₄)，且满足：其中，λ_g为介质波导波长，c为真空中的光速，ε_e为该微带开口谐振环（21）的有效介电常数，L₁为第一微带线（211）的长度，L₂为第二微带线（212）的长度，L₃为第三微带线（213）的长度，L₄为第四微带线（214）的长度，f₀为微带开口谐振环（21）的谐振频率。

3.一种基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器，包括一对输入输出的“L”型馈线（33），和“L”型微带枝节（34），封闭型方环微带谐振器（31），其特征在于，封闭型方环微带谐振器（31）的任一个角位置短路，且在该角的对角位置加载短路微带枝节（32），以实现封闭型方环微带谐振器（31）中两种谐振模式的耦合；一对输入输出的“L”型馈线（33）分别放置在封闭型方环微带谐振器（31）相邻的两条边上，且距离封闭型方环微带谐振器的距离为0.1mm；一个“L”型微带枝节（34）放置在一对输入输出的“L”型馈线（33）的末端处，以产生馈线之间的耦合，增加带外传输零点，实现带外性能的高抑制性。

4.根据权利要求3所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，封闭型方环微带谐振器（31）的总长度是4L₁，且满足：其中λ_g为介质波导波长，c为真空中的光速，ε_e为该封闭型方环微带谐振器（31）的有效介电常数，L₁为封闭型方环微带谐振器（31）的边长,f₀为封闭型方环微带谐振器（31）的谐振频率。

5.根据权利要求3所述的微带双模带通滤波器，其特征在于，“L”型微带枝节（34）的长度L₃满足：0＜L₃＜λ_g/2，其中λ_g为介质波导波长，放置在一对输入输出“L”型馈线（33）的末端处。

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